Insegnamento SISTEMI NANOSTRUTTURATI NATURALI E SINTETICI
| Nome del corso di laurea | Biotecnologie molecolari e industriali |
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| Codice insegnamento | GP004113 |
| Curriculum | Comune a tutti i curricula |
| Docente responsabile | Catia Clementi |
| Docenti |
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| Ore |
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| CFU | 6 |
| Regolamento | Coorte 2021 |
| Erogato | Erogato nel 2021/22 |
| Erogato altro regolamento | |
| Attività | Affine/integrativa |
| Ambito | Attività formative affini o integrative |
| Settore | CHIM/02 |
| Anno | 1 |
| Periodo | Primo Semestre |
| 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, - 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 | 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. |