CHIMICA INORGANICA DEI MATERIALI I E LABORATORIO
Anno accademico 2017/2018 - 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.
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; 3) L. V. Interrante e M. J. Hampden-Smith Chemistry of Advanced Materials Wiley-VCH, 1998.
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. Conduttori elettronici: dielettrici, ferroelettrici e conduttori. | West e dispense |
| 9 | * | Superconduttori: proprieta' e tipologie. Superconduttori alta Tc. Cenni teoria BCS. | 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 |
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
Esami orali.
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.