Insegnamento SISTEMI NANOSTRUTTURATI NATURALI E SINTETICI
| Nome del corso di laurea | Biotecnologie molecolari e industriali |
|---|---|
| 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 2023 |
| Erogato | Erogato nel 2023/24 |
| Erogato altro regolamento | |
| Attività | Affine/integrativa |
| Ambito | Attività formative affini o integrative |
| Settore | CHIM/02 |
| Anno | 1 |
| Periodo | Secondo 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, - 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 |