PRESENTAZIONE

Questo insegnamento si prefigge lo scopo di introdurre una serie di tematiche nell'ambito dei materiali funzionali sia dal punto di vista della ricerca che degli aspetti prettamente tecnologici. Gli argomenti trattati spaziano dai processi di sintesi di materiali alle loro applicazioni. Quindi questa attività formativa è indicata, oltre che agli studenti del corso di Scienze Chimiche, anche agli studenti di Scienza e Tecnologia dei Materiali per il profilo "Specialista nelle Tecnologie".

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L’insegnamento proposto intende fornire allo studente una panoramica aggiornata nel campo dei materiali funzionali inorganici con particolare riferimento alle tecniche di sintesi e processo, alle tecniche per la modifica controllata di materiali ed alle loro applicazioni più attuali.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Scopo dell'insegnamento è di comprendere il ruolo dei materiali funzionali nelle moderne tecnologie e l'approccio metodologico nella ricerca sui materiali attraverso lo studio di classi differenti di materiali funzionali.

Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di comprendere:

- Le funzionalità diverse dei materiali usati come sensori ed atttuatori

- I principi di funzionamento di differenti classi di materiali funzionali.

- Le principali tecniche di sintesi di questi materiali.

- I parametri chimico-fisici che consentono di migliorare l'implementazione di dispositivi.

PREREQUISITI

Insegnamenti fondamentali di chimica e chimica fisica

MODALITA' DIDATTICHE

L'insegnamento è articolato in lezioni frontali svolte dai docenti (3CFU + 3 CFU) e, quando possibile, da seminari tenuti da specialisti della materia a livello internazionale. Saranno svolte complessivamente 40 ore di lezione frontale e 13 ore di esercitazioni in aula. Nelle lezioni verrà esposta la teoria che verrà successivamente applicata a diversi esempi. Gli studenti potranno avvalersi del materiale messo a disposizione su Aulaweb. La frequenza alle lezioni è fortemente consigliata. 

PROGRAMMA/CONTENUTO

Principali tecniche di sintesi di materiali policristallini ed amorfi. Cinetica e meccanismo delle reazioni allo stato solido. Sintesi ceramica. Reazioni epitattiche e topotattiche. Metodo di sintesi per co-precipitazione e metodo dei precursori. Sintesi in flusso di metallo fuso. Sintesi meccanochimica. Processo di sinterizzazione. Sintesi di ceramici classici. Sintesi combustiva. Sintesi solvotermale. Sintesi con microonde. Processo di precipitazione: modello di LaMer. Processo sol-gel. Precursori e reazioni di idrolisi e condensazione; parametri influenzanti il processo. Invecchiamento e tecniche di essiccamento del gel. Aerogel. Esempi di sintesi di materiali mediante tecnica sol-gel.

Crescita di cristalli singoli di materiali funzionali: Principali materiali utilizzati come semiconduttori. Metodi di crescita dei cristalli singoli: crescita di cristalli singoli di Si con il processo Czochralski. Produzione di wafer di Si drogati P e N. Crescita cristalli singoli tramite “zone refinement”. Crescita con metodo Bridgman per GaAs.  

Tecniche di deposizione a film sottile. Processi di evaporazione e trasporto. Tasso di deposizione in PVD. Step coverage. Fasi e processi di deposizione. Crescita epitassiale. Tipologie diverse di matching. Substrati comunemente utilizzati. Eteroepitassia nei semiconduttori. Tecniche di crescita epitassiale (LPE, VPE, MOCVD, MBE). Fasci energetici: fasci elettronici, arco catodico ed anodico, laser pulsato, sputtering ionico. Chemical-vapor deposition (CVD) e confronto con PVD. Trasporto dei gas, reattori e tipiche reazioni globali utilizzate. Precursori. Deposizione di silice.

Materiali ibridi inorganici-organici; entrapping e grafting. Caratteristiche e proprietà dei composti di intercalazione. Sintesi di composti di intercalazione con esempi. Fenomeno di pillaring. Layer a diversa carica o neutri. Composti di intercalazione: a base di grafite, calcogenuri metallici, LixCoO2, LixMn2O4. Idrotalciti.

Caratteristiche e metodi di sintesi di materiali nanostrutturati.

Esempi di materiali funzionali:

Materiali a memoria di forma (leghe e materiali ceramici). Principi base delle transformazioni martensitiche. Meccanismi dell’effetto a memoria di forma e della superelasticità. Varie leghe a memoria di forma con speciale enfasi su Ti-Ni. Applicazioni varie come attuatori e smart materials. Leghe a memoria di forma ferromagnetiche.

Materiali per celle a combustibile. Vantaggi e svantaggi ed influenza sull'efficienza nei diversi tipi di celle a combustibile: Alkaline Fuel Cell. Proton Exchange Membrane Fuel Cells, Phosphoric Acid Fuel Cells, Molten Carbonate Fuel Cells, Solid Oxide fuel Cells.

LED (light emitting diodes): Materiali utilizzati come LED. Dai LED-IR ai LED visibile. Un esempio dell’importanza delle tecniche di deposizione di film sottili: la costruzione del LED blu

Materiali inorganici per il fotovoltaico di prima, seconda e terza generazione.

Materiali termoelettrici: Effetto Seebeck ed effetto Peltier. Figura di merito zT. Moduli termoelettrici. Ottimizzazione della figura di merito.

Materiali piezoelettrici: Piezoelettricità e simmetria cristallina. Titanato zirconato di piombo e altri materiali perovskitici. Campi di applicazione.

Batterie a ioni Li e supercapacitori. Metodi di stoccaggio dell’energia: Batterie ad ioni Li e Supercapacitori. Rocking Chair di ioni Li. Scelta degli elettrodi per Li-ion. Principi di funzionamento dei supercapacitori e materiali di utilizzo.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Synthesis of Inorganic Materials, U.Schubert, N.Hüsing, Wiley-VCH, 2012

Basic Solid State Chemistry, A.R.West, Wiley-VCH, 1984

Solid State chemistry, Anthony R. West, J. Wiley e Sons 1990

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Dal 24 febbraio 2025 secondo l'orario riportato qui 

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

La valutazione consiste nella verifica accurata, nel corso di un esame orale di almeno 40 minuti, del raggiungimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento

Per gli studenti con disabilità o con DSA si rimanda alla sezione Altre Informazioni.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

 Gli esami consisteranno in prove orali della durata minima di 30 minuti  ed in presentazioni, su argomenti assegnati, tenute dagli studenti durante l'insegnamento. Le prove orali verteranno sugli argomenti trattati durante le lezioni frontali. Ogni docente valuterà se e in quale grado sono stati raggiunti dallo studente i risultati di apprendimento attesi in base agli obiettivi formativi (conoscenza di base delle tecniche di sintesi e di processo nei materiali). In caso contrario lo studente è invitato ad approfondire lo studio avvalendosi anche di ulteriori spiegazioni da parte dei docenti.

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

Si ricorda alle studentesse e agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell'apprendimento (DSA) che per poter richiedere adattamenti in sede d'esame occorre prima inserire la certificazione sul sito web di Ateneo alla pagina servizionline.unige.it nella sezione “Studenti”. La documentazione sarà verificata dal Settore servizi per l’inclusione degli studenti con disabilità e con DSA dell’Ateneo, come indicato sul sito federato al link: SCIENZE CHIMICHE 9018 | Studenti con disabilità e/o DSA | UniGe | Università di Genova | Corsi di Studio UniGe

Successivamente, con significativo anticipo (almeno 10 giorni) rispetto alla data di esame occorre inviare una e-mail al/alla docente con cui si sosterrà la prova di esame, inserendo in copia conoscenza sia il docente Referente di Scuola per l'inclusione degli studenti con disabilità e con DSA (sergio.didomizio@unige.it) sia il Settore sopra indicato. Nella e-mail occorre specificare:

•            la denominazione dell’insegnamento

•            la data dell'appello

•            il cognome, nome e numero di matricola dello studente

•            gli strumenti compensativi e le misure dispensative ritenuti funzionali e richiesti.

Il/la referente confermerà al/alla docente che il/la richiedente ha diritto a fare richiesta di adattamenti in sede d'esame e che tali adattamenti devono essere concordati con il/la docente. Il/la docente risponderà comunicando se sia possibile utilizzare gli adattamenti richiesti.

Le richieste devono essere inviate almeno 10 giorni prima della data dell’appello al fine di consentire al/alla docente di valutarne il contenuto. In particolare, nel caso in cui si intenda usufruire di mappe concettuali per l’esame (che devono essere molto più sintetiche rispetto alle mappe usate per lo studio) se l’invio non rispetta i tempi previsti non vi sarà il tempo tecnico necessario per apportare eventuali modifiche.

Per ulteriori informazioni in merito alla richiesta di servizi e adattamenti consultare il documento: Linee guida per la richiesta di servizi, di strumenti compensativi e/o di misure dispensative e di ausili specifici