CHIMICA FISICA DELLA SOFT MATTER

Il corso si pone come obiettivo primario l'apprendimento e la comprensione dei fenomeni di auto-organizzazione delle principali classi di soft matter, dei parametri chimico-fisici che ne governano la struttura e la stabilità e delle tecniche principali per la caratterizzazione morfologica e strutturale della soft matter.

Più nel dettaglio, gli obiettivi del corso sono:

- per quanto concerne la conoscenza e capacità di comprensione, l'obiettivo è la comprensione delle leggi e delle grandezze chimico-fisiche che governano i processi di auto-organizzazione della soft matter e delle principali tecniche volte alla caratterizzazione morfo-strutturale della soft matter

- per quanto concerne la capacità di applicare conoscenza e comprensione, l'obiettivo è l'applicazione di quanto appreso all'interpretazione e predizione del comportamento della soft matter in sistemi di interesse generale

- per quanto concerne l'autonomia di giudizio, l'obiettivo è rendere lo studente in grado di valutare le condizioni di esistenza delle varie strutture della soft matter nonché di scegliere la tecnica più adatta alla caratterizzazione di una determinato materiale soft

- per quanto concerne la capacità di comunicare, l'obiettivo è rendere lo studente in grado di comunicare con esattezza e rigore argomenti scientifici con particolare riferimento al campo dei materiali soft e dei nanomateriali

- per quanto concerne la capacità di proseguire lo studio in modo autonomo, l'obiettivo è rendere lo studente in grado di applicare i concetti appresi durante il corso alla comprensione di fenomeni e processi di interesse specifico

Il corso si svolgerà attraverso lezioni frontali (4 CFU). Sono inoltre previsti 2 CFU di esercitazioni in laboratorio.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Conoscenza della termodinamica chimica, conoscenza di base dell'interazione radiazione/materia.

La frequenza, come da regolamento del corso di studi, è obbligatoria e deve ammontare ad almeno il 70% delle ore totali.

Chimica fisica dei polimeri

Flessibilità della catena polimerica, vettore e distanza end-to-end. Modelli di catene ideali e reali. Elasticità entropica. Soluzioni polimeriche e volume escluso. Gel e network polimerici. Polimeri rispondenti a stimoli. Separazione di fase in miscele polimeriche. Separazione di fase in copolimeri a blocchi. Polimeri semi-cristallini. Fusione e transizione vetrosa.

Chimica fisica dei tensioattivi:

Tensione superficiale. Auto-organizzazione dei tensioattivi in “bulk”. Auto-organizzazione dei tensioattivi su superfici ed interfacce. Emulsioni e schiume.

Chimica fisica dei sistemi colloidali e nanocolloidali:

Forze di interazione nei colloidi. Differenze tra colloidi “hard” e “soft”. Transizione di fase ed auto-organizzazione nei colloidi. Cristalli e vetri colloidali. Teoria DLVO e suoi limiti.

Film sottili e monostrati di soft matter:

Tecniche di preparazione di film sottili e monostrati alle interfacce solide e liquide. Auto-organizzazione della soft matter alle interfacce solide e liquide. Anisotropia dei film di soft matter e fattori energetici. Confinamento bidimensionale ed influenza nelle proprietà della soft matter. Deformazione di film sottili di soft matter.

Caratterizzazione strutturale e dinamica della soft matter:

Scattering di onde. Scattering statico. Fattore di forma. Fattore di struttura. Scattering ad angolo radente. Scattering di raggi-x e neutroni. Il contrasto nello scattering di raggi x e neutroni Scattering dinamico.

Caratterizzazione morfologica della soft matter:

Microscopie a scansione di sonda. Microscopia a effetto tunnell. Microscopia a forza atomica. Curve di forza.

La soft matter nelle nanotecnologie

Nanoparticelle, struttura e proprietà. Nanoparticelle semiconduttrici. Nanoparticelle magnetiche. Nanoparticelle polimeriche. Funzionalizzazione superficiale delle nanoparticelle. Interazione nanoparticelle/mebrane. Auto-organizzazione di nanoparticelle funzionali.

Polymer Physics (M. Rubinstein – Oxford University Press)

Soft Condensed Matter (E. Terentjev, D. WeitzBruckner – Oxford University Press)

Soft Condensed Matter (R.A. Jones - OUP Oxford)

The Colloidal Domain (D. Fennel Evans, H. Wennerstroem - Wiley)

Fluids, Colloids and Soft Materials: An Introduction to Soft Matter Physics (A.Fernandez-Nieves, A. Puertas – Wiley)

Soft Matter Nanotechnology (X. Chen, H. Fuchs – Wiley)

Scattering Methods and their Application in Colloid and Interface Science (O. Glatter – Elsevier)

Scanning Probe Microscopy of Soft Matter: Fundamentals and Practices (V. V. Tsukruk, S. Singamaneni - Wiley)

La verifica dell'apprendimento sarà condotta attraverso esame orale.

L'esame orale sarà valutato secondo i seguenti criteri:

• rigore nelle definizioni e nelle dimostrazioni
• grado di approfondimento degli argomenti,
• capacità di impiegare le nozioni apprese per la risoluzione ed interpretazione di sistemi e fenomeni chimico-fisici associati alla soft matter

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Descrivere l'origine e le peculiarità dell'elasticità di una catena polimerica.

Descrivere le differenze in termini di contrasto tra scattering di neutroni e di raggi X

Descrivere i principali contributi alla stabilizzazione di una dispersione colloidale