Insegnamento NANOTECNOLOGIE DEI MATERIALI
| Nome del corso di laurea | Ingegneria dei materiali e dei processi sostenibili |
|---|---|
| Codice insegnamento | A005675 |
| Curriculum | Comune a tutti i curricula |
| Docente responsabile | Luca Valentini |
| CFU | 12 |
| Regolamento | Coorte 2026 |
| Erogato | Erogato nel 2026/27 |
| Erogato altro regolamento | |
| Anno | 1 |
| Periodo | Annuale |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Tipo attività | Attività formativa integrata |
| Suddivisione |
NANORODS, NANOWIRES, NANOFILMS E LORO CARATTERIZZAZIONE
| Codice | A005982 |
|---|---|
| CFU | 3 |
| Docente responsabile | Alessio Cesaretti |
| Docenti |
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| Ore |
|
| Attività | Caratterizzante |
| Ambito | Chimica e fisica della materia |
| Settore | CHEM-02/A |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Lingua insegnamento | Italiano, Inglese |
| Contenuti | Il modulo affronta i principali approcci per la sintesi di nanostrutture unidimensionali e di film sottili nanostrutturati, con particolare attenzione ai meccanismi di crescita anisotropa e alle tecniche di deposizione da fase vapore. Verranno inoltre presentate le principali metodologie di caratterizzazione morfologica e strutturale dei nanomateriali, con particolare riferimento alla microscopia a forza atomica (AFM). |
| Testi di riferimento | Gli studenti possono avvalersi delle slide del corso. Per approfondire gli argomenti trattati durante le lezioni si consiglia: Cao, Guozhong. Nanostructures & nanomaterials: synthesis, properties & applications. Imperial college press, 2004. |
| Obiettivi formativi | L'obiettivo principale dell'insegnamento è trasmettere allo studente le seguenti conoscenze: principi fondamentali della crescita anisotropa delle nanostrutture; principali tecniche di sintesi di nanowire, nanorods e nanotubi di carbonio; metodologie di deposizione di film sottili nanostrutturati; principi fisici alla base delle principali tecniche di caratterizzazione superficiale e morfologica. L'insegnamento permetterà inoltre allo studente di acquisire le seguenti abilità: comprendere le relazioni tra parametri di crescita e morfologia delle nanostrutture; individuare i vantaggi e i limiti delle diverse tecniche di deposizione di film sottili; interpretare le caratteristiche strutturali dei nanomateriali sulla base dei processi di sintesi utilizzati; selezionare le tecniche di caratterizzazione più appropriate in funzione delle proprietà da investigare. |
| Prerequisiti | Al fine di comprendere gli argomenti trattati nell'insegnamento è necessario possedere conoscenze di base di chimica generale, chimica fisica, struttura della materia e proprietà dei materiali. |
| Metodi didattici | L'attività didattica prevede la fruizione di videolezioni registrate sulla piattaforma EduNext, seguita da 12 ore di lezioni frontali dedicate all'approfondimento degli argomenti trattati, alla discussione di casi studio e all'analisi di esempi applicativi relativi alla sintesi e caratterizzazione di nanostrutture e film sottili. |
| Altre informazioni | Il docente si rende disponibile per confrontarsi con gli studenti via mail o fissando un incontro su piattaforma Microsoft teams. |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | La verifica dell'apprendimento prevede una prova scritta costituita da domande a risposta multipla finalizzate ad accertare il livello di conoscenza e comprensione raggiunto dallo studente sugli argomenti trattati durante il corso. Il superamento della prova scritta consente l'accesso a un successivo colloquio orale volto a verificare la capacità dello studente di discutere criticamente i contenuti dell'insegnamento, utilizzare una terminologia scientifica appropriata e collegare i diversi concetti affrontati durante il corso. |
| Programma esteso | Classificazione e proprietà delle nanostrutture unidimensionali. Crescita anisotropa dei cristalli. Teoria delle Periodic Bond Chains (PBC) e relazione tra struttura cristallina e morfologia finale dei materiali. Nanowire e nanorods: caratteristiche strutturali, proprietà e applicazioni. Sintesi di nanowire mediante approcci vapor-liquid-solid (VLS) ed evaporation-condensation. Ruolo della supersaturazione e del catalizzatore nella crescita. Controllo del diametro e della morfologia delle nanostrutture. Sintesi di nanorod mediante deposizione elettrochimica assistita da template. Nanotubi di carbonio: struttura, composizione chimica, classificazione e proprietà. Confronto tra nanotubi di carbonio e fullereni. Film sottili nanostrutturati. Principi generali dei processi di deposizione da fase vapore. Meccanismi di crescita, influenza della temperatura e del trasporto di massa sulla qualità cristallina dei film. Tecniche Physical Vapor Deposition (PVD): evaporazione e sputtering. Molecular Beam Epitaxy (MBE): crescita epitassiale e controllo della composizione dei materiali. DC-sputtering e RF-sputtering: caratteristiche e differenze. Chemical Vapor Deposition (CVD). Atomic Layer Deposition (ALD): processi autolimitanti e controllo dello spessore a livello nanometrico. Deposizione di film molecolari mediante tecnica Langmuir-Blodgett. Caratterizzazione dei nanomateriali mediante microscopia a forza atomica (AFM): principi di funzionamento, modalità operative e applicazioni allo studio della topografia superficiale e delle proprietà dei materiali nanostrutturati. |
PRINCIPI DEI MATERIALI FUNZIONALI
| Codice | A005983 |
|---|---|
| CFU | 3 |
| Docente responsabile | Luca Valentini |
| Docenti |
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| Ore |
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| Attività | Caratterizzante |
| Ambito | Ingegneria dei materiali |
| Settore | IMAT-01/A |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
PROCESSI ED INTEGRAZIONE DI MATERIALI FUNZIONALI
| Codice | A005984 |
|---|---|
| CFU | 3 |
| Docente responsabile | Luca Valentini |
| Docenti |
|
| Ore |
|
| Attività | Caratterizzante |
| Ambito | Ingegneria dei materiali |
| Settore | IMAT-01/A |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
SINTESI DI NANOPARTICELLE
| Codice | A005981 |
|---|---|
| CFU | 3 |
| Docente responsabile | Alessio Cesaretti |
| Docenti |
|
| Ore |
|
| Attività | Caratterizzante |
| Ambito | Chimica e fisica della materia |
| Settore | CHEM-02/A |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Lingua insegnamento | ITALIANO, INGLESE |
| Contenuti | Il modulo introduce i principi fondamentali della sintesi di nanomateriali con particolare riferimento alla preparazione di nanoparticelle colloidali. Verranno affrontati i fenomeni di nucleazione e crescita, i meccanismi di stabilizzazione colloidale, le principali metodologie di sintesi di nanoparticelle metalliche, di ossidi e di semiconduttori, nonché le strategie per il controllo delle dimensioni e delle proprietà dei nanomateriali. Saranno inoltre introdotti i quantum dots e le relazioni tra dimensione e proprietà ottiche. |
| Testi di riferimento | Gli studenti possono avvalersi delle slide del corso. Per approfondire gli argomenti trattati durante le lezioni si consiglia: Cao, Guozhong. Nanostructures & nanomaterials: synthesis, properties & applications. Imperial college press, 2004. |
| Obiettivi formativi | L'obiettivo principale dell'insegnamento è trasmettere allo studente le seguenti conoscenze: principi fondamentali della nucleazione e della crescita delle nanoparticelle; meccanismi di stabilizzazione colloidale e controllo della dispersione; principali strategie sintetiche per la preparazione di nanoparticelle metalliche, di ossidi e di semiconduttori; proprietà fondamentali dei quantum dots e loro dipendenza dalle dimensioni. L'insegnamento permetterà inoltre allo studente di acquisire le seguenti abilità: comprendere le relazioni tra condizioni di sintesi e proprietà finali delle nanoparticelle; individuare i parametri che controllano dimensione, distribuzione dimensionale e stabilità dei sistemi colloidali; selezionare le metodologie sintetiche più appropriate in funzione delle caratteristiche richieste per il materiale finale; interpretare criticamente i fenomeni che governano la formazione e l'evoluzione dei nanomateriali. |
| Prerequisiti | Al fine di comprendere gli argomenti trattati nell'insegnamento è necessario possedere conoscenze di base di chimica generale, chimica fisica e struttura della materia. |
| Metodi didattici | L'attività didattica prevede la fruizione di videolezioni registrate sulla piattaforma EduNext, seguita da 12 ore di lezioni frontali dedicate all'approfondimento degli argomenti trattati, alla discussione di casi studio e alla risoluzione di quesiti applicativi. |
| Altre informazioni | Il docente si rende disponibile per confrontarsi con gli studenti via mail o fissando un incontro su piattaforma Microsoft teams. |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | La verifica dell'apprendimento prevede una prova scritta costituita da domande a risposta multipla finalizzate ad accertare il livello di conoscenza e comprensione raggiunto dallo studente sugli argomenti trattati durante il corso. Il superamento della prova scritta consente l'accesso a un successivo colloquio orale volto a verificare la capacità dello studente di discutere criticamente i contenuti dell'insegnamento, utilizzare una terminologia scientifica appropriata e collegare i diversi concetti affrontati durante il corso. |
| Programma esteso | Introduzione ai nanomateriali e classificazione delle nanostrutture. Richiami di termodinamica e cinetica applicati alla sintesi dei nanomateriali. Fenomeni di nucleazione omogenea ed eterogenea. Energia libera di formazione del nucleo critico. Nucleazione e crescita. Maturazione di Ostwald e processi di coalescenza. Stabilità colloidale delle nanoparticelle. Stabilizzazione elettrostatica e teoria DLVO. Ruolo del doppio strato elettrico, influenza della forza ionica e delle caratteristiche del mezzo disperdente sulla stabilità dei colloidi. Stabilizzazione sterica. Sintesi colloidale di nanoparticelle metalliche. Ruolo degli agenti riducenti, dei ligandi e dei surfattanti. Controllo della dimensione e della distribuzione dimensionale delle nanoparticelle. Sintesi in micelle inverse e nanoreattori confinati. Sintesi di nanoparticelle di ossidi mediante metodo sol-gel. Reazioni di idrolisi e condensazione. Ruolo del pH e dei parametri di sintesi nel controllo delle proprietà del materiale finale. Quantum dots semiconduttori: principi di confinamento quantistico, relazione tra dimensione e proprietà ottiche, principali metodologie di sintesi e applicazioni. |