SCIENZE CHIMICHEScienze chimicheAnno accademico 2023/2024

9794370 - CHIMICA FISICA DELLA SOFT MATTER

Docente: GRAZIA MARIA LUCIA MESSINA

Risultati di apprendimento attesi

Il corso si propone di fornire i modelli e le leggi per la comprensione dei fenomeni di auto-organizzazione delle principali classi di soft matter, dei parametri chimico-fisici che ne governano la struttura e la stabilità e delle tecniche principali per la caratterizzazione morfologica e strutturale della soft matter. 

Più nel dettaglio, gli obiettivi del corso sono:

- per quanto concerne la conoscenza e capacità di comprensione, l'obiettivo è la comprensione delle leggi e delle grandezze chimico-fisiche che governano i processi di auto-organizzazione della soft matter e delle principali tecniche volte alla caratterizzazione morfo-strutturale della soft matter

- per quanto concerne la capacità di applicare conoscenza e  comprensione, l'obiettivo è l'applicazione di quanto appreso all'interpretazione e predizione del comportamento della soft matter in sistemi di interesse generale

- per quanto concerne l'autonomia di giudizio, l'obiettivo è rendere lo studente in grado di valutare le condizioni di esistenza delle varie strutture della soft matter nonché di scegliere la tecnica più adatta alla caratterizzazione di una determinato materiale soft 

- per quanto concerne la capacità di comunicare, l'obiettivo è rendere lo studente in grado di comunicare con esattezza e rigore argomenti scientifici con particolare riferimento al campo dei materiali soft e dei nanomateriali

- per quanto concerne la capacità di proseguire lo studio in modo autonomo, l'obiettivo è rendere lo studente in grado di applicare i concetti appresi durante il corso alla comprensione di fenomeni e processi di interesse specifico

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Il corso si svolgerà attraverso lezioni frontali (4 CFU). Sono inoltre previsti 2 CFU di esercitazioni in laboratorio.


Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Prerequisiti richiesti

-Conoscenza della termodinamica chimica, conoscenza di base dell'interazione radiazione/materia

-Nozioni di base di chimica fisica delle superfici ed interfacce ed in particolare di tensione interfacciale e di forze di coesione in fasi condensate “soft”

-Proprietà di funzionali termodinamici: energia libera di Helmholtz, di Gibbs, entropia, energia interna e principali relazioni termodinamiche

Frequenza lezioni

Richiesta la frequenza ad almeno il 70 % delle lezioni

Contenuti del corso

Introduzione alla soft matter: principi e concetti di base

 

Termodinamica di interfaccia per sistemi soft-matter

 

Chimica fisica dei sistemi colloidali:

Proprietà dei sistemi colloidali. Proprietà cinetiche; moto Browniano, Sedimentazione, osmosi, reologia delle dispersioni colloidali. Stabilità dei sistemi colloidali: forze di van der Waals e costante di Hamaker, Forze elettrostatiche, Forze elettriche, concentrazione critica ci coagulazione. Cinetica di aggregazione: teoria DLVO. 


Chimica fisica dei tensioattivi:

Proprietà dei surfattanti. Micellizzazione: teoria e parametri chiave Modelli per la micellizzazione. Auto-organizzazione di surfattanti. Emulsioni e schiume.

  

Chimica fisica dei polimeri:

Proprietà dei polimeri. Flessibilità della catena polimerica, vettore e distanza end-to-end. Modelli di catene ideali e reali. Soluzioni polimeriche e volume escluso. Gel e network polimerici. Polimeri rispondenti a stimoli. Polimeri conduttori: proprietà elettriche e applicazioni

 

Bioelettronica: principi di base, polimeri conduttori per controllare e monitorare le cellule, applicazioni in ambito medico

 

Tecniche di superficie per lo studio della soft matter:

Microscopie a scansione di sonda. Microscopia a effetto tunnell. Microscopia a forza atomica. Curve di forza.

Microbilancia a cristalli di quarzo. Risonanza plasmonica di superficie localizzata

Ellissometria spettroscopica

Spettroscopia di impedenza elettrochimica

Testi di riferimento

Polymer Physics (M. Rubinstein – Oxford University Press)

Soft Condensed Matter (E. Terentjev, D. WeitzBruckner – Oxford University Press)

Soft Condensed Matter (R.A. Jones - OUP Oxford)

The Colloidal Domain (D. Fennel Evans, H. Wennerstroem - Wiley)

Fluids, Colloids and Soft Materials: An Introduction to Soft Matter Physics (A.Fernandez-Nieves, A. Puertas – Wiley)

Soft Matter Nanotechnology (X. Chen, H. Fuchs – Wiley)

Scanning Probe Microscopy of Soft Matter: Fundamentals and Practices (V. V. Tsukruk, S. Singamaneni - Wiley)

Organic electronics (Fabio Cicoira and Clara Santato - Wiley)

Electrical Properties of Polymers- (Tony Blythe, David Bloor - Cambridge University Press)

Soft Matter Physics- (Masao Doi - Oxford University Press)

Introduction to soft matter (Hamley - Wiley)

Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1Introduzione alla soft matter: principi e concetti di base Termodinamica di interfaccia nei sistemi soft-matterSoft Matter Physics- (Masao Doi - Oxford University Press)Introduction to applied colloid and surface chemistry- Kiil-Kontogeorgis
2Chimica fisica dei sistemi colloidali:Forze di interazione nei colloidi. Differenze tra colloidi “hard” e “soft”. Interazione di depletion e comportamento delle fasi colloidali. Idrodinamica di sistemi colloidali ed effetti all’interfacciaIntroduction to applied colloid and surface chemistry- Kiil-Kontogeorgis
3Chimica fisica dei tensioattivi:Auto-organizzazione dei tensioattivi in “bulk”. Auto-organizzazione dei tensioattivi su superfici ed interfacce. Emulsioni e schiume.Introduction to applied colloid and surface chemistry- Kiil-KontogeorgisSoft Condensed Matter (R.A. Jones - OUP Oxford)Introduction to soft matter (Hamley - Wiley)
4Chimica fisica dei polimeri:Flessibilità della catena polimerica, vettore e distanza end-to-end. Modelli di catene ideali e reali. Elasticità entropica. Soluzioni polimeriche e volume escluso. Gel e network polimerici. Polimeri rispondenti a stimoli. Polimeri semi-cristallini. Polimeri conduttori: proprietà elettriche e applicazioniPolymer Physics (M. Rubinstein – Oxford University Press)Electrical Properties of Polymers- (Tony Blythe, David Bloor - Cambridge University Press)
5Bioelettronica: principi di base, polimeri conduttori per controllare e monitorare le cellule, applicazioni in ambito medicoOrganic electronics (Fabio Cicoira and Clara Santato - Wiley)
6Tecniche di superficie della soft matter:Microscopie a scansione di sonda. Microscopia a effetto tunnell. Microscopia a forza atomica. Curve di forza.Microbilancia a cristalli di quarzo. Risonanza plasmonica di superficie localizzataEllissometria spettroscopicaSpettroscopia di impedenza elettrochimicaAppunti di lezione

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova orale, riguardante esclusivamente gli argomenti trattati a lezione. Elementi di valutazione fondamentali della preparazione dello studente la correttezza degli enunciati, la dimostrata comprensione dei procedimenti di derivazione dei principali risultati, la correttezza delle equazioni discusse, la proprietà di linguaggio scientifico. Sono considerati come ulteriori e auspicabili aspetti di validità della preparazione, la coerenza logica dei concetti esposti e la capacità di correlare formulazioni teoriche ed esperimenti. 

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

Definizione e proprietà dei sistemi di "soft matter".

Descrivere il comportamento dei sistemi colloidali all'interfaccia.

Modelli per descrivere il meccanismo di conducibilità di polimeri conduttori

Principi e caratteristiche della bioelettronica


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