Insegnamento SISTEMI NANOSTRUTTURATI NATURALI E SINTETICI

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Nome del corso di laurea	Biotecnologie molecolari e industriali
Codice insegnamento	GP004113
Curriculum	Comune a tutti i curricula
Docente responsabile	Catia Clementi
Docenti	Catia Clementi
Ore	52 Ore - Catia Clementi
CFU	6
Regolamento	Coorte 2020
Erogato	Erogato nel 2020/21
Erogato altro regolamento
Attività	Affine/integrativa
Ambito	Attività formative affini o integrative
Settore	CHIM/02
Anno	1
Periodo	Primo Semestre
Tipo insegnamento	Obbligatorio (Required)
Tipo attività	Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento	ITALIANO
Contenuti	Dopo una breve introduzione ai sistemi nanostrutturati e alle modalità di classificazione si passerà ad illustrare la dipendenza delle loro proprietà chimiche e fisiche dalle dimensioni e ad evidenziare le differenze rispetto ai sistemi bulk. Verranno brevemente presentati esempi di sistemi nanostrutturati naturali. La parte centrale del corso riguarda i metodi di preparazione di sistemi nanostrutturati sintetici, in particolare nanoparticelle e nanorods, attraverso metodi chimici, la loro caratterizzazione e loro applicazioni in diversi ambiti.
Testi di riferimento	1. Materiale didattico fornito dal docente. 2. NANOSTRUCTURES AND NANOMATERIALS - Synthesis, Properties, and Applications (2nd Edition) © World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. 3. Nanoscience and nanotechnologies: opportunities and uncertainties (The Royal Society & The Royal Academy of Engineering, 2004).
Obiettivi formativi	Questo insegnamento è il primo dell'intero corso di laurea completamente incentrato sullo studio di sistemi nanostrutturati. L'obiettivo principale dell'insegnamento è trasmettere allo studente le seguenti conoscenze: - definizione di sistema nanostrutturato e importanza della dipendenza delle sue proprietà dalle dimensioni. Differenze con sistemi bulk. - principi termodinamici e cinetici correlati ai processi di sintesi chimica di sistemi nanostrutturati. - risvolti applicativi dei sistemi nanostrutturati L'insegnamento permetterà allo studente di acquisire le seguenti abilità: - individuazione e ottimizzazione dei parametri sperimentali per la sintesi di nanoparticelle metalliche e di semiconduttori. - individuazione delle potenzialità applicative di sistemi nanostrutturati in base alle loro proprietà chimico-fisiche - individuazione dei parametri da ottimizzare per aumentare le prestazioni di una nanostruttura - capacità di registrare spettri di assorbimento e di emissione di sistemi nanostrutturati sia in forma colloidale che in fase solida (superficie) al fine di studiarne le proprietà ottiche.
Prerequisiti	Per una piena e agile comprensione dei contenuti del corso è importante avere delle buone basi di chimica generale e chimica fisica (termodinamica, cinetica e nozioni di spettroscopia UV-Visibile)
Metodi didattici	Il corso è organizzato nel seguente modo: - lezioni frontali in aula su tutti gli argomenti affrontati durante il corso mediante presentazioni PowerPoint, - esperienze di laboratorio in gruppi di 2-4 persone della durata di 3-4 ore presso i laboratori del Dipartimento di Chimica, Biologia e Biotecnologie in via Elce di Sotto 8
Altre informazioni	Le lezioni frontali verranno svolte presso la sede del Dipartimento di Chimica, Biologia e biotecnologie di via del Giochetto edificio B. Le esperienze di laboratorio verranno svolte presso i laboratori di fotochimica e fotofisica della sede del Dipartimento di Chimica, Biologia e biotecnologie di via Elce di Sotto 8.
Modalità di verifica dell'apprendimento	L'esame prevede due prove: 1) discussione orale della durata necessaria ad accertare il livello di conoscenza perseguito dallo studente sugli argomenti affrontati durante le lezioni frontali e sulle tecniche analitiche utilizzate durante le esperienze di laboratorio. Verrà verificata inoltre la capacità dello studente ad esporre i contenuti teorici con un linguaggio scientifico appropriato e il senso critico acquisito nell'affrontare problematiche di carattere applicativo inerenti i sistemi nanostrutturati in ambito medico, biologico, energetico e ambientale. 2) redazione di relazioni di laboratorio: elaborato di circa 5-10 pagine da redigere in lingua italiana o inglese che descriva le esperienze di laboratorio. In particolare le relazioni dovranno contenere una breve parte introduttiva che illustri lo scopo dell'esperienza e i principi teorici ad essa connessi, una sezione sperimentale che descriva le strumentazioni utilizzate e le metodologie seguite, una parte di presentazione e discussione dei risultati e una breve conclusione. LE RELAZIONI DOVRANNO ESSERE CONSEGNATE ALMENO DIECI GIORNI PRIMA DELL'ESAME ORALE. L'elaborato consentirà di verificare la comprensione da parte dello studente delle problematiche affrontate in laboratorio e dei principi teorici ad esse correlati e in ultimo la capacità di organizzare i contenuti in forma scritta con un lessico appropriato. la valutazione finale terrà conto sia della prova orale che delle relazioni di laboratorio. In particolare verrà attribuito un punteggio in trentesimi sia alla prova orale che alle relazioni di laboratorio e la valutazione finale verrà formulata nel seguente modo: 80% del punteggio in trentesimi della prova orale + 20% del punteggio in trentesimi delle relazioni di laboratorio
Programma esteso	Breve introduzione ai materiali nanostrutturati. - Definizione e classificazione in base alle dimensioni e in base alla loro origine. - Dipendenza delle proprietà chimiche e fisiche dei sistemi nanostrutturati dalle dimensioni. Confinamento quantico. Nanoparticelle: - Sintesi di nanoparticelle colloidali mediante metodi chimici. Approccio termodinamico: fattori termodinamici e cinetici che controllano i processi di nucleazione e crescita in soluzioni omogenee. Teoria classica della nucleazione. - Stabilizzazione di nanoparticelle colloidali: stabilizzazione sterica e elettrostatica (teoria DLVO). - Sintesi di nanoparticelle metalliche: riduzione di sali metallici, deposizione elettrochimica. Risonanza plasmonica di superficie. - Sintesi di nanoparticelle di semiconduttori non ossidi: pirolisi di precursori organometallici e non organometallici. Quantum dots: sintesi e proprietà. - Sintesi di nanoparticelle di semiconduttori ossidi: processo sol-gel. - Approccio cinetico: sintesi in micelle, aerosol, pirolisi spray, terminazione della crescita, template sinthesis. Sistemi mono-dimensionali (nanotubi di carbonio: classificazione, geometria, proprietà fisiche e chimiche, possibili applicazioni). Caratterizzazione chimica e fisica di sistemi nanostrutturati (spettroscopia UV-Visibile in assorbimento e in emissione, cenni di microscopia elettronica a scansione (SEM) e a trasmissione (TEM), microscopia a forza atomica (AFM)). Applicazioni di sistemi nanostrutturati in ambito biomedico, ambientale e energetico.