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
  • Alessio Cesaretti
Ore
  • 24 Ore - Alessio Cesaretti
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
  • Luca Valentini
Ore
  • 24 Ore - Luca Valentini
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
  • Luca Valentini
Ore
  • 24 Ore - Luca Valentini
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
  • Alessio Cesaretti
Ore
  • 24 Ore - Alessio Cesaretti
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.