PRESENTAZIONE

Al termine dell'insegnamento, lo studente avrà acquisito le conoscenze fondamentali della chimica fisica dei materiali magnetici nanostrutturati e sarà in grado di comprendere e interpretare le relazioni tra struttura, morfologia, composizione, tecniche di sintesi e proprietà chimico-fisiche dei materiali. Attraverso questo approccio integrato, lo studente svilupperà la capacità di progettare materiali magnetici nanostrutturati per specifiche applicazioni tecnologiche. L'impostazione del corso, basata sulla correlazione tra sintesi, struttura e proprietà, fornirà inoltre un metodo di analisi e progettazione trasferibile ad altri ambiti della scienza dei materiali avanzata, consentendo allo studente di affrontare con un approccio razionale lo sviluppo di materiali funzionali.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L’insegnamento fornira’ allo studente gli elementi base della chimica fisica dei materiali magnetici. In particolare attraverso la correlazione tra le carateristiche morfo-strutturali, le proprieta chimico-fisiche e le tecniche di sintesi lo studente verra’ formato alla progettazione di materiali magnetici nanostrutturati per specifiche applicazioni.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L’insegnamento si propone di fornire allo studente una conoscenza approfondita dei principi della chimica fisica dei materiali magnetici nanostrutturati, con particolare attenzione alle relazioni tra composizione chimica, struttura cristallina, morfologia, proprietà di superficie, tecniche di sintesi, metodologie di caratterizzazione e proprietà magnetiche. Attraverso l'analisi dei principali meccanismi fisico-chimici che governano il comportamento di materiali magnetici nanostrutturati lo studente acquisirà un approccio razionale alla progettazione dei materiali, fondato sulla comprensione delle correlazioni tra sintesi, struttura, proprietà e prestazioni. 

Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di comprendere e interpretare criticamente le relazioni tra composizione, struttura e proprietà dei materiali magnetici nanostrutturati, valutare l'influenza delle diverse strategie di sintesi sulle loro caratteristiche chimico-fisiche e magnetiche, analizzare i principali risultati sperimentali ottenuti mediante tecniche di caratterizzazione strutturale, morfologica e magnetica e selezionare gli approcci più idonei per la progettazione di materiali destinati a specifiche applicazioni tecnologiche.

L'insegnamento fornirà inoltre allo studente un metodo di analisi e progettazione basato sull'approccio struttura–proprietà–prestazioni, trasferibile all'intero ambito della scienza dei materiali avanzati. Al termine del corso lo studente avrà sviluppato la capacità di affrontare in modo critico e autonomo problemi di progettazione e sviluppo di materiali funzionali, applicando le conoscenze acquisite anche a sistemi diversi da quelli trattati durante l'insegnamento.

PREREQUISITI

Per una proficua frequenza dell'insegnamento sono indispensabili le conoscenze di base della  Matematica, Fisica e Chimica. In particolare, lo studente deve possedere gli strumenti matematici necessari per la descrizione quantitativa dei fenomeni fisico-chimici, una solida preparazione nei principi fondamentali della fisica e una conoscenza dei concetti di base della chimica generale, con particolare riferimento alla struttura della materia, al legame chimico e ai principi della termodinamica.

MODALITA' DIDATTICHE

L'insegnamento prevede 40 ore di lezioni frontali, durante le quali saranno sviluppati gli aspetti teorici e metodologici del programma, con particolare attenzione alle relazioni tra sintesi, struttura, proprietà e prestazioni dei materiali magnetici. Le lezioni saranno integrate dall'analisi di casi studio tratti dalla più recente letteratura scientifica, al fine di favorire l'applicazione dei concetti teorici a problematiche di ricerca e a contesti tecnologici reali. L'attività didattica comprende inoltre 13 ore di laboratorio, svolte in piccoli gruppi, dedicate alla sintesi, caratterizzazione e analisi delle proprietà magnetiche di materiali magnetici, sia bulk sia nanostrutturati. Le esercitazioni di laboratorio consentiranno agli studenti di acquisire familiarità con le principali tecniche sperimentali, di interpretare criticamente i dati ottenuti e di sviluppare competenze nella progettazione razionale di materiali magnetici per specifiche applicazioni. La frequenza delle lezioni frontali è fortemente raccomandata, in quanto costituisce il necessario supporto teorico per lo svolgimento delle attività di laboratorio e per la corretta interpretazione dei risultati sperimentali. Le studentesse e gli studenti con certificazioni valide per Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA), per disabilità o altri bisogni educativi devono contattare via mail il docente e il referente per l’inclusione della Scuola di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali (sergio.didomizio@unige.it) all’inizio delle lezioni per concordare modalità didattiche che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.

Per ulteriori informazioni in merito alla richiesta di servizi e adattamenti consultare il Link https://unige.it/disabilita-dsa/richiesta-servizi.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Introduzione ai materiali magnetici nanostrutturati. Classificazione dei materiali magnetici, principali classi di nanoparticelle e nanocompositi magnetici, applicazioni nei settori della biomedicina, dell'energia, dell'ambiente e della sensoristica. Richiami sulle unità di misura nel magnetismo (SI e c.g.s.).

Origine del magnetismo e proprietà magnetiche della materia. Momento magnetico orbitale e di spin, descrizione quantistica del magnetismo, regole di Hund e interazioni di scambio. Diamagnetismo, paramagnetismo e magnetismo dei metalli di transizione. Ferromagnetismo, antiferromagnetismo e ferrimagnetismo: teoria del campo molecolare, modello di Heisenberg e principali transizioni magnetiche.

Nanomagnetismo. Effetti della riduzione dimensionale sulle proprietà magnetiche. Monodominio e multidominio. Anisotropia magnetica (magnetocristallina, di forma, superficiale e magnetoelastica), pareti di dominio, interazioni dipolari e di scambio. Superparamagnetismo, rilassamento magnetico, temperatura di bloccaggio, superspin glass e fenomeni collettivi nei sistemi di nanoparticelle.

Spettroscopia Mössbauer. Principi dell'effetto Mössbauer e delle interazioni iperfini. Interpretazione dei principali parametri spettrali (spostamento isomerico, sdoppiamento quadrupolare e campo magnetico iperfine). Applicazioni della spettroscopia Mössbauer alla caratterizzazione di ossidi di ferro, ferriti e materiali magnetici nanostrutturati, con particolare riferimento allo studio della distribuzione cationica, degli effetti di superficie, del superparamagnetismo e delle interfacce magnetiche.

Casi studio su materiali magnetici nanostrutturati. Analisi di casi studio tratti dalla recente letteratura scientifica dedicati alla progettazione di materiali magnetici nanostrutturati per applicazioni avanzate. Per ciascun sistema verranno discussi in modo integrato le strategie di sintesi, le relazioni tra composizione, struttura, morfologia e proprietà magnetiche, nonché le principali tecniche di caratterizzazione strutturale, morfologica e magnetica (magnetometria DC e AC, diffrazione di raggi X e di neutroni, microscopie elettroniche, spettroscopia Mössbauer e altre spettroscopie avanzate). Particolare attenzione sarà dedicata all'interpretazione critica dei dati sperimentali, alla correlazione struttura–proprietà–prestazioni e ai criteri di progettazione razionale di materiali funzionali per applicazioni nei settori della biomedicina, dell'energia, dell'ambiente e della sensoristica.

Applicazioni dei materiali magnetici nanostrutturati. Materiali magnetici hard e soft, magneti permanenti, ipertermia magnetica, rilascio controllato di farmaci, imaging, separazione magnetica, catalisi, sensoristica e applicazioni nei dispositivi per l'energia.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

S. Blundell, Magnetism in condensed matter. Oxford: Oxford University Press, 2001.

J.M.D. Coey, Magnetism and Magnetic Materials, Cambridge University Press, New York, 2010.

D. Peddis, P. E. Jönsson, S. Laureti, and G. Varvaro, Magnetic interactions: A tool to modify the magnetic properties of materials based on nanoparticles, vol. 6. 2014.

G. Muscas, N. Yaacoub, and D. Peddis, Novel Magnetic Nanostrucures Unique properties and applications. Amsterdam, Netherlands: Elsevier, 2019.

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Il calendario delle lezioni è pubblicato@ link 

Orari delle lezioni

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

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Esame orale della durata di 45–60 minuti, alla presenza di due docenti afferenti al settore scientifico-disciplinare.

Le modalità di esame prevedono: Prova orale (70% della valutazione), articolata in una presentazione (durata massima 15 minuti), eventualmente supportata da una presentazione PowerPoint, di uno o più articoli scientifici assegnati dal docente. La presentazione costituirà la base del successivo colloquio, durante il quale saranno approfonditi gli argomenti trattati e verificata la conoscenza dell'intero programma dell'insegnamento, con particolare attenzione alla capacità di interpretare criticamente la letteratura scientifica, i dati sperimentali e le relazioni tra sintesi, struttura, proprietà e prestazioni dei materiali magnetici nanostrutturati. Quaderno di laboratorio individuale (5% della valutazione). Preparazione di un quaderno di laboratorio contenente un dettagliato resoconto di tutte le attività sperimentali e di calcolo svolte durante il laboratorio. Il quaderno, redatto personalmente da ciascuno studente, dovrà essere consegnato al docente almeno una settimana prima dell'esame. Relazione di laboratorio (25% della valutazione). Preparazione di una relazione di laboratorio, redatta secondo modalità che verranno illustrate durante le lezioni. In generale, la relazione dovrà contenere: (a) una descrizione dei fondamenti teorici e degli aspetti sperimentali delle attività di laboratorio; (b) l'elaborazione, la razionalizzazione e la valutazione critica dei risultati sperimentali ottenuti. La relazione, redatta in piccoli gruppi di studenti, dovrà essere consegnata al docente almeno una settimana prima dell'esame. La valutazione finale terrà conto della preparazione teorica, della capacità di analisi critica della letteratura scientifica, delle competenze acquisite durante le attività di laboratorio e dell'uso appropriato del linguaggio scientifico. Le studentesse e gli studenti con certificazioni valide per Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA), per disabilità o altri bisogni educativi possono richiedere adattamenti in sede d'esame, compilando l'apposito modulo online, con significativo anticipo (almeno 7 giorni) rispetto alla data di esame (https://modulionline.unige.it/richiesta-adattamenti#no-back) e contattando via mail il docente e il referente per l’inclusione della Scuola di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali (sergio.didomizio@unige.it).Per ulteriori informazioni in merito alla richiesta di servizi e adattamenti consultare il Link https://unige.it/disabilita-dsa/richiesta-servizi.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L'accertamento del raggiungimento dei risultati di apprendimento attesi avverrà attraverso la valutazione integrata della prova orale, del quaderno di laboratorio individuale e della relazione di laboratorio.

In particolare, La prova orale consentirà di verificare il livello di conoscenza degli argomenti trattati nell'insegnamento, la capacità dello studente di analizzare e discutere criticamente la letteratura scientifica, di interpretare dati sperimentali e di correlare sintesi, struttura, proprietà e prestazioni dei materiali magnetici nanostrutturati. Saranno inoltre valutate la capacità di ragionamento, l'autonomia di giudizio, la proprietà di linguaggio e l'uso appropriato della terminologia scientifica. La valutazione del quaderno di laboratorio individuale consentirà di accertare la capacità dello studente di documentare in modo rigoroso e sistematico le attività sperimentali svolte, di organizzare correttamente i dati raccolti e di descrivere con chiarezza procedure, osservazioni e risultati. La valutazione della relazione di laboratorio consentirà di verificare la capacità di elaborare e interpretare criticamente i risultati sperimentali, di integrarli con le conoscenze teoriche acquisite durante il corso e di presentarli secondo i criteri della comunicazione scientifica. Saranno inoltre valutate la capacità di organizzare un elaborato tecnico-scientifico in modo logico e coerente e l'efficacia della collaborazione all'interno del gruppo di lavoro.