CHIMICA INORGANICA DEI MATERIALI I E LABORATORIO

CHIM/03 - 6 CFU - 1° semestre

Docente titolare dell'insegnamento

GRAZIELLA MALANDRINO

Obiettivi formativi

Acquisire conoscenze teoriche e sperimentali delle procedure di sintesi di materiali in forma di film e sistemi nano strutturati. Acquisire conoscenze sulle principali tecniche di caratterizzazione strutturale, morfologico e composizionale dei materiali. Capacità di applicare quanto appreso durante le lezioni frontali in esperimenti di sintesi di materiali e caratterizzazione svolte nel corso del laboratorio.

Prerequisiti richiesti

Conoscenza elementare di chimica inorganica e di concetti di base dello stato solido.

Frequenza lezioni

La frequenza alle lezioni è necessaria. Durante i turni di laboratorio verrà presa la presenza tramite firma.

Contenuti del corso

Lezioni frontali: Tecniche di deposizione di film sottili attraverso processi chimici (chemical vapor deposition e metal-organic CVD, atomic layer deposition, chemical beam epitaxy, sol-gel) o fisici (epitassia da fasci molecolari). Sintesi di nanostrutture da fase vapore o da soluzione: effetto dei parametri di processo e di templanti hard e soft. Relazioni struttura/proprietà dei materiali. Materiali a struttura perovskitica e proprietà di conduzione: superconduttori, dielettrici, ferroelettrici. Celle a combustibile ad ossidi solidi: elettrodi, elettroliti a conduzione protonica e a conduzione di ioni ossido. Tecniche di caratterizzazione nella preparazione di materiali. Diffrazione di raggi X (XRD) di polveri, film orientati ed epitassiali: identificazione di fasi, determinazione delle dimensioni dei domini, curve di rocking e figure polari. Microscopie elettroniche: principi base e applicazioni della microscopia a scansione elettronica (SEM), cenni di microscopia a trasmissione elettronica (TEM). Microanalisi di raggi X in dispersione di energia e di lunghezza d’onda.

Esperimenti di laboratorio: 1) Sintesi di complessi di Ba(hfa)₂diglyme, Ag(hfa)tetraglyme, Ni(tta)₂tmeda, Eu(tta)₃phen; Caratterizzazione delle proprietà chimico-fisiche dei complessi sintetizzati (m.p., FT-IR, spettri UV-Vis; analisi termo gravimetriche, analisi di calorimetria a scansione differenziale); 2) Deposizione MOCVD di film NiO e BaF₂ ; 3) Film nanostrutturati di argento attraverso una procedura da soluzione; 4) Crescita di microcristalli luminescenti a base di Eu; 5) Caratterizzazione morfologica (SEM) e composizionale (EDX) dei materiali sintetizzati; 6) Caratterizzazione strutturale attraverso XRD dei materiali sintetizzati.

Testi di riferimento

1) A. R. West “Basic Solid State Chemistry and its Applications” Wiley, 2012; 2) B. D. Fahlman “Materials Chemistry” Springer, 2008; 3) L. V. Interrante e M. J. Hampden-Smith Chemistry of Advanced Materials Wiley-VCH, 1998.

Altro materiale didattico

Il materiale didattico quali lucidi di lezione e appunti viene fornito direttamente agli studenti durante lo svolgimento del corso, in quanto viene aggiornato/modificato per ogni corso.

Programmazione del corso

	*	Argomenti	Riferimenti testi
1	*	Metodi sintetici di film e nanostrutture.	West e Fahlam
2	*	Chemical Vapor Deposition (CVD) e Metal-Organic-CVD: Principi teorici. Precursori di prima e seconda generazione. Applicazioni	Dispense
3	*	Atomic layer deposition (ALD): Principi teorici. Applicazioni	Dispense
4	*	Chemical Beam Epitaxy: Principi teorici. Applicazioni	Dispense
5	*	Tecniche di deposizione sol-gel: Principi teorici. Precursori per sol-gel. Applicazioni	Dispense
6	*	Epitassia da fasci molecolari (MBE): Principi teorici.	Dispense
7	*	Sintesi di materiali nano strutturati: Nanorod e nanotubi da fase vapore. Nanoparticelle e nanostrutture da soluzione	Dispense
8	*	Materiali con proprietà di conduzione: Conduttori ionici. Celle a combustibile ad ossidi solidi. Conduttori elettronici: dielettrici, ferroelettrici e conduttori.	West e dispense
9	*	Materiali Multiferroici e magnetoelettrici: Proprietà dei multiferroci. Casi studio di sistemi a base di ferrite di bismuto.	Dispense
10	*	Reticoli cristallini e assenze sistematiche.	Fahlam
11	*	Diffrazione di raggi X: Produzione di raggi X.	West e Fahlam
12	*	Informazioni ottenibili da un diffrattogramma: natura amorfa o cristallina, identificazione della fase, dimensione dei grani.	Dispense
13	*	Caratterizzazione di campioni orientati ed epitassiali: curve di rocking e figure polari	Dispense
14	*	Microscopia a scansione elettronica: Principi generali. Volume di interazione, eventi elastici e anelastici, specie prodotte. Detector degli elettroni secondari e degli elettroni retrodiffusi.	Dispense
15	*	Microanalisi EDX (Energy Dispersive X-ray Analysis) e WDX (Wavelength Dispersive X-ray Analysis): Analisi qualitativa e quantitativa. Vantaggi e svantaggi delle due microanalisi	Dispense

* Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell'esame.

N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.

Verifica dell'apprendimento

MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

Esami orali.

PROVE IN ITINERE

Non sono previste prove in itinere.

PROVE DI FINE CORSO

E' prevista la consegna della relazione delle esperienze di laboratorio.

ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

- Tecniche di sintesi di film sottili.

- Atomic Layer Deposition.

- Epitassia da fasci molecolari: applicazioni e vantaggi.

- Sol-gel: applicazioni alla sintesi di materiali in fvarie forme.

- Conducibilità ionica e celle SOFCs.

- Nanostrutture da fase vapore.

- Materiali dielettrici: Proprietà e applicazioni.

- Materiali Ferroelettrici.

- Diffrazione di raggi X: analisi di fase, curve di rocking e figure polari.

- Caratterizzazione morfologica dei materiali: microscopia a scansione elettronica.

- Microanalisi di raggi X in dispersione di energia e di lunghezza d'onda.

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