Insegnamento SISTEMI NANOSTRUTTURATI NATURALI E SINTETICI
- Corso
- Biotecnologie molecolari e industriali
- Codice insegnamento
- GP004113
- Curriculum
- Comune a tutti i curricula
- Docente
- Catia Clementi
- Docenti
-
- Catia Clementi
- Ore
- 52 ore - Catia Clementi
- CFU
- 6
- Regolamento
- Coorte 2023
- Erogato
- 2023/24
- Attività
- Affine/integrativa
- Ambito
- Attività formative affini o integrative
- Settore
- CHIM/02
- Tipo insegnamento
- Opzionale (Optional)
- 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 - 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,
- ATTIVITà LABORATORIALE. preparazione di una presentazione powerpoint su un argomento concordato con il docente. Esperienze di laboratorio dimostrative 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 una presentazione powerpoint su un argomento concordato con il docente. L'elaborato consentirà di verificare la comprensione da parte dello studente delle problematiche affrontate a lezione 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 della presentazione.
Gli studenti e le studentesse con disabilità e/o con DSA sono invitati/e a visitare la pagina dedicata agli strumenti e alle misure previste e a concordare preventivamente quanto necessario con il/la docente (https://www.unipg.it/disabilita-e-dsa). - Programma esteso
- Programma esteso PROGR_EST Sì 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. A brief introduction to nano-structured materials, definition and classification. Dependence of chemical and physical properties on dimensionality. Quantum confinement.
Nanoparticles:
- Synthesis of colloidal nanoparticles through chemical methods.
- Thermodynamic approach: thermodynamic and kinetic factors related to nucleation and growth processes in homogeneous solutions. Classic theory of nucleation.
- Stabilization of colloidal nanoparticles: steric and electrostatic stabilization (DLVO theory).
- Synthesis of metallic nanoparticles: reduction of metallic salts, electrochemical deposition. Surface Plasmon Resonance.
- Synthesis of nonoxide semiconductor nanoparticles: pyrolysis of organometallic and non organometallic precursor(s). Quantum dots: synthesis and properties. Passivation. Core-shell systems: epitaxial growth.
- Synthesis of semiconductor oxide nanoparticles: sol-gel process.
Structural characterization, chemistry and physics of nanostructured systems (Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM), atomic force microscopy (AFM), UV-Visible spectroscopy)
Applications of nanostructured systems in biomedicine, energy and environment. - Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
- 3 e 4