CHIMICA INORGANICA DEI MATERIALI II E LABORATORIO
Anno accademico 2017/2018 - 2° annoCrediti: 7
SSD: CHIM/03 - CHIMICA GENERALE E INORGANICA
Organizzazione didattica: 175 ore d'impegno totale, 111 di studio individuale, 28 di lezione frontale, 36 di laboratorio
Semestre: 1°
Obiettivi formativi
L’obiettivo del corso è quello di sviluppare nello studente l’attitudine alla progettazione, sintesi e studio dei materiali inorganici. A tale scopo è fornita un’ampia panoramica delle metodologie di sintesi tradizionali di materiali inorganici policristallini e cristalli singoli. Particolare interesse è rivolto alle metodologie avanzate per la funzionalizzazione di substrati inorganici ed alle tecniche per la loro caratterizzazione.
Prerequisiti richiesti
Conoscenza dei contenuti di base della Chimica Inorganica e della Chimica Inorganica dei Materiali (primo corso)
Frequenza lezioni
Obbligatoria con le deroghe stabilite dal regolamento didattico del CdS in Chimica Industriale
Contenuti del corso
Metodi di Sintesi di materiali policristallini e monocristallini:
Sintesi allo stato solido
Generalità. Fattori che influenzano la velocità di reazione. Modello di Wagner .Metodi di mescolamento. Coprecipitazione.
Metodi combistivi. Riduzione carbotermica
Sintesi Liquido-solido
. Precipitazione da soluzione acquosa. Metodi sol-gel. Preparazione di zeoliti. Precipitazione da fusi. Metodo dei flussi. Metodi idrotermali e solvotermali.
Crescita di cristalli. Crescita da soluzione: metodo da gel. Crescita da fusi: Metodo Czochralski, Bridgman-Stockbarger. Fusione a Zone. Fusione a fiamma (Verneuil).
Sintesi gas-solido
Trasporto da fase vapore. Sintesi da fase vapore assistite da liquidi (VLS).
Modifica di strutture esistenti: composti intercalari. Elettroliti solidi. Sistemi a strutture aperte: metal orgaic framework (MOF)
Deposizioni fisiche di film: evaporazione e sputtering
Metodi avanzati di sintesi
Ancoraggio covalente di monolayer organici su semiconduttori e ossidi.
Reazione di idrosililazione del doppio legame. Reazioni di ciclo-addizione. Preparazione e funzionalizzazione di Si poroso
Funzionalizzazione di ossidi e nano particelle.
Applicazioni dei materiali funzionalizzati.
Tipologie di Materiali e applicazioni
Materiali magnetici. Proprietà Magnetiche. Effetto della temperatura: legge di Curie-Weiss. Materiali magnetici. Metalli e leghe. Ossidi di metalli di transizione. Manganiti. Ferriti. Nanomagneti e magneti molecolari
Materiali per applicazioni ottiche: Proprietà ottiche. Luminescenza e fosfori. Materiali per Laser e LED.
Metalli e leghe. Preparazione dei metalli. Leghe dell’acciaio. Leghe superelastiche ed a memoria di forma
Esperienze di Laboratorio
1)Sintesi di materiali ceramici mediante coprecipitazione e reazione allo stato solido. Sintesi di CaMnO3 , La0.85Sr0.15MnO3 e La0.7Sr0.3MnO3 . Caratterizzazione XRD .
2) Sintesi da soluzione di nanomateriali. Sintesi di nanoparticelle magnetiche di Fe3O4 e separazione magnetica.
3) Caratterizzazione FTIR di Si monocristallino. Determinazione quantitativa dell’ossigeno interstiziale nel Si(100) CZ.
4) Preparazione di film mediante Sputtering. Sputtering mediante plasma DC di strati di Au.
5) Funzionalizzazioni di superficie. Funzionalizzazione di nanoparticelle di Fe3O4 con acidi fosfonici. Caratterizzazione FTIR.
6 ) Funzionalizzazioni di superficie . Funzionalizzazione di Si CZ con monolayer organici mediante reazione di idrosililazione. Caratterizzazione XPS.
Testi di riferimento
- Slides delle lezioni disponibili sul sito: http://studium.unict.it/
- Anthony R. West, Solid State Chemistry and its Applications, second edition Wiley, 2014
Programmazione del corso
| * | Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|---|
| 1 | * | Reazioni allo stato solido | slides delle lezioni; testo 2, capitolo 4 |
| 2 | * | Sintesi da liquido | slides delle lezioni; testo 2, capitolo 4 |
| 3 | Crescita di cristalli singoli | slides delle lezioni; testo 2, capitolo 4 | |
| 4 | * | Trasporto da fase vapore | slides delle lezioni; testo 2, capitolo 4 |
| 5 | * | Metodi PVD: evaporazione | slides delle lezioni |
| 6 | * | Metodi PVD: sputtering | slides delle lezioni |
| 7 | * | Proprietà magnetiche dei materiali | slides delle lezioni; testo 2, capitolo 9 |
| 8 | * | Materiali magnetici e loro applicazioni | slides delle lezioni: testo 2, capitolo 9 |
| 9 | Nanomagneti e magneti molecolari | slides delle lezioni | |
| 10 | Composti intercalari e sistemi a strutture aperte | slides delle lezioni; testo 2, capitolo 4 | |
| 11 | * | Funzionalizzazione di Semiconduttori. Reazioni su Si e Ge | slides delle lezioni |
| 12 | Funzionalizzazione di dielettrici e ossidi metallici | slides delle lezioni | |
| 13 | Materiali per applicazioni ottiche | slides delle lezioni; testo 2, capitolo 10 | |
| 14 | * | Leghe metalliche. Regole di solubilità e acciai | slides delle lezioni |
| 15 | Leghe superelastiche e a memoria di forma | slides delle lezioni | |
| 16 | * | Esperienze di laboratorio | slides delle lezioni |
N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Colloquio orale
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Descrivere i metodi di sintesi allo stato solido
Descrivere i fattori che influenzana la nucleazione e la crescita del prodotto nelle sintesi allo stato solido.
Descrivere i metodi di sintesi da soluzione
Descrivere le sintesi da fuso
Discutere i meccanismi che determinano l'ordine ferromagnetico e antiferromagnetico
Discutere le proprietà magnetiche delle ferriti.
Discutere le proprietà magnetiche delle manganiti.
Descrivere il laser a Rubino.
Discutere le regole di solubilità nelle leghe.