CHIMICA INORGANICA DEI MATERIALI I E LABORATORIO
Anno accademico 2018/2019 - 1° annoCrediti: 6
SSD: CHIM/03 - CHIMICA GENERALE E INORGANICA
Organizzazione didattica: 150 ore d'impegno totale, 93 di studio individuale, 21 di lezione frontale, 12 di esercitazione, 24 di laboratorio
Semestre: 1°
Obiettivi formativi
Acquisire conoscenze teoriche e sperimentali delle procedure di sintesi di materiali in forma di film e sistemi nano strutturati. Acquisire conoscenze sulle principali tecniche di caratterizzazione strutturale, morfologico e composizionale dei materiali. Capacità di applicare quanto appreso durante le lezioni frontali in esperimenti di sintesi di materiali e caratterizzazione svolte nel corso del laboratorio.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
L'insegnamento sarà svolto tramite lezioni frontali ed alcune esercitazioni di laboratorio che consentono agli studenti di osservare sperimentalmente alcuni argomenti teorici trattati durante il corso.
Prerequisiti richiesti
Conoscenza elementare di chimica inorganica e di concetti di base dello stato solido.
Frequenza lezioni
La frequenza alle lezioni è necessaria. Durante i turni di laboratorio verrà presa la presenza tramite firma.
Contenuti del corso
Lezioni frontali: Tecniche di deposizione di film sottili attraverso processi chimici (chemical vapor deposition e metal-organic CVD, atomic layer deposition, chemical beam epitaxy, sol-gel) o fisici (epitassia da fasci molecolari). Sintesi di nanostrutture da fase vapore o da soluzione: effetto dei parametri di processo e di templanti hard e soft. Relazioni struttura/proprietà dei materiali. Materiali a struttura perovskitica e proprietà di conduzione: superconduttori, dielettrici, ferroelettrici. Celle a combustibile ad ossidi solidi: elettrodi, elettroliti a conduzione protonica e a conduzione di ioni ossido. Tecniche di caratterizzazione nella preparazione di materiali. Diffrazione di raggi X (XRD) di polveri, film orientati ed epitassiali: identificazione di fasi, determinazione delle dimensioni dei domini, curve di rocking e figure polari. Microscopie elettroniche: principi base e applicazioni della microscopia a scansione elettronica (SEM), cenni di microscopia a trasmissione elettronica (TEM). Microanalisi di raggi X in dispersione di energia e di lunghezza d’onda.
Esperimenti di laboratorio: 1) Sintesi di complessi di Ba(hfa)2tetraglyme, La(hfa)3diglyme, Ag(hfa)tetraglyme, Ni(tta)2tmeda, Eu(tta)3phen; 2) Caratterizzazione delle proprietà chimico-fisiche dei complessi sintetizzati (m.p., FT-IR, spettri UV-Vis; analisi termo gravimetriche, analisi di calorimetria a scansione differenziale); 3) Deposizione MOCVD di film NiO,LaF3 e BaF2 a partire dai precursori di Ni,La o Ba, precedentemente sintetizzati; 4) Applicazione del complesso di Ag alla sintesi di sistemi ibridi organico/inorganico e del complesso di Eu alla sintesi di uno strato ibrido luminescente; 5) Caratterizzazione morfologica (FE-SEM) e composizionale (EDX) dei materiali sintetizzati; 6) Caratterizzazione strutturale attraverso XRD dei materiali sintetizzati.
Testi di riferimento
1) A. R. West “Basic Solid State Chemistry and its Applications” Wiley, 2012; 2) B. D. Fahlman “Materials Chemistry” Springer, 2008.
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Metodi sintetici di film e nanostrutture. | West e Fahlam |
| 2 | Chemical Vapor Deposition (CVD) e Metal-Organic-CVD: Principi teorici. Precursori di prima e seconda generazione. Applicazioni | Dispense |
| 3 | Atomic layer deposition (ALD): Principi teorici. Applicazioni | Dispense |
| 4 | Chemical Beam Epitaxy: Principi teorici. Applicazioni | Dispense |
| 5 | Tecniche di deposizione sol-gel: Principi teorici. Precursori per sol-gel. Applicazioni | Dispense |
| 6 | Epitassia da fasci molecolari (MBE): Principi teorici. | Dispense |
| 7 | Sintesi di materiali nano strutturati: Nanorod e nanotubi da fase vapore. Nanoparticelle e nanostrutture da soluzione | Dispense |
| 8 | Materiali con proprietà di conduzione: Conduttori ionici. Celle a combustibile ad ossidi solidi. | West e dispense |
| 9 | Materiali dielettrici: piezo-,piro- e ferroelettrici. Applicazione come energy harvesters. | Dispense |
| 10 | Reticoli cristallini e assenze sistematiche. | Fahlam |
| 11 | Diffrazione di raggi X: Produzione di raggi X. | West e Fahlam |
| 12 | Informazioni ottenibili da un diffrattogramma: natura amorfa o cristallina, identificazione della fase, dimensione dei grani. | Dispense |
| 13 | Caratterizzazione di campioni orientati ed epitassiali: curve di rocking e figure polari | Dispense |
| 14 | Microscopia a scansione elettronica: Principi generali. Volume di interazione, eventi elastici e anelastici, specie prodotte. Detector degli elettroni secondari e degli elettroni retrodiffusi. | Dispense |
| 15 | Microanalisi EDX (Energy Dispersive X-ray Analysis) e WDX (Wavelength Dispersive X-ray Analysis): Analisi qualitativa e quantitativa. Vantaggi e svantaggi delle due microanalisi | Dispense |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Esami orali e relazioni di laboratorio.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
- Tecniche di sintesi di film sottili.
- Atomic Layer Deposition.
- Epitassia da fasci molecolari: applicazioni e vantaggi.
- Sol-gel: applicazioni alla sintesi di materiali in fvarie forme.
- Conducibilità ionica e celle SOFCs.
- Nanostrutture da fase vapore.
- Materiali dielettrici: Proprietà e applicazioni.
- Materiali Ferroelettrici.
- Diffrazione di raggi X: analisi di fase, curve di rocking e figure polari.
- Caratterizzazione morfologica dei materiali: microscopia a scansione elettronica.
- Microanalisi di raggi X in dispersione di energia e di lunghezza d'onda.