Superfici intelligenti e multi-responsive

Il corso si prefigge di analizzare i principi chimico-fisici fondanti delle superfici intelligenti, apprendere le principali tecniche di funzionalizzazione delle superfici, esaminare i fenomeni di auto-organizzazione delle macromolecole all'interfaccia, i parametri chimico-fisici che regolano la loro struttura e stabilità e le tecniche principali per la caratterizzazione morfologica e strutturale.

In modo più specifico, gli scopi del corso sono:

- conoscenza e capacità di comprensione: lo studente alla fine del corso sarà capace di comprendere le leggi e le grandezze chimico-fisiche che caratterizzano il comportamento delle superfici intelligenti e multi-responsive.

-capacità di applicare conoscenza e comprensione: lo studente sarà in grado di applicare in modo critico e autonomo il metodo scientifico per analizzare, interpretare e modellare processi chimici complessi e sviluppare progetti scientifici e/o tecnico applicativi. Sarà in grado di impiegare attrezzature complesse di misura ed analisi per la caratterizzazione di superficie ed inoltre sarà in grado di utilizzare le competenze operative acquisite per le diverse esigenze professionali e di ricerca nei settori di pertinenza.

- autonomia di giudizio: al termine del corso, lo studente sarà in grado di saper scegliere l’opportuna metodologia di modifica della superficie per gli scopi applicativi pensati e selezionare la tecnica più idonea per la sua caratterizzazione; trasferire criticamente le competenze metodologiche acquisite sulle superfici a differenti contesti operativi e tematiche di ricerca, identificando autonomamente gli approcci più idonei in relazione alla specificità del problema; reperire analizzare informazioni di database open access, letteratura scientifica, etc.; formulare delle riflessioni su questioni scientifiche ed etiche in merito a sostenibilità, impatto ambientale ed economico e sicurezza; progettare l'attività sperimentale valutandone tempi e modalità, giudicare in modo autonomo il risultato ottenuto e quantificarlo. Durante le attività di laboratorio lo studente acquisirà la capacità di lavorare in gruppo.

- abilità comunicative: al termine del corso lo studente sarà in grado di esprimersi in modo chiaro ed efficace, con precisione e rigore scientifico; di argomentare e sostenere questioni scientifiche in contesti specialistici e divulgativi. Lo studente acquisirà abilità comunicative utili per partecipare o coordinare progetti e gruppi multidisciplinari nell'ambito della ricerca scientifica. Sarà in grado di lavorare autonomamente gestendo tempi, risorse e adattandosi a nuovi contesti e di trasmettere agli studenti delle triennali le conoscenze acquisite in ambito teorico e/o sperimentale. Durante l’attività di laboratorio, lo studente dovrà imparare ad interagire con i colleghi, pianificare e gestire i tempi necessari per realizzare l’esperienza di laboratorio, lavorare sia in gruppo che in autonomia adattandosi ai diversi contesti.   

- capacità di proseguire lo studio in modo autonomo: lo studente alla fine del corso sarà in grado di cercare e valutare in modo critico dati provenienti dalla letteratura scientifica, da banche dati e da fonti online per ottenere informazioni utili alla ricerca scientifica che svolge; saper affrontare nuovi studi, tematiche scientifiche emergenti e problematiche professionali in diversi contesti lavorativi; gestire problematiche complesse anche di natura interdisciplinare; di reperire e valutare informazioni per formulare e argomentare soluzioni in ambiti specialistici e divulgativi 

Il corso si svolgerà attraverso lezioni frontali (3 CFU). Sono inoltre previsti 3 CFU di esercitazioni in laboratorio.

-Nozioni di base di chimica fisica delle superfici ed interfacce ed in particolare di tensione interfacciale, interfacce cariche e adsorbimento all'intefaccia
-Chimica dei polimeri

-Chimica dello stato solido

Introduzione alla chimica delle superfici: 

Materiali smart e multi-responsive: 

• Proprietà e struttura dei polimeri
• Relazione tra struttura e proprietà dei materiali polimerici
• Polimeri responsivi a stimoli esterni: temperatura, pH, luce e campi elettrici
• Materiali multi-responsive e macromolecole intelligenti
• Polimeri conduttori: struttura, meccanismi di conduzione e proprietà
• Applicazioni dei materiali smart

 Funzionalizzazione di superficie: 

• Strategie di modifica e funzionalizzazione delle superfici
• Autoassemblaggio e formazione di monostrati molecolari (SAM)
  
• Processi di adsorbimento: aspetti termodinamici e cinetici
• Interazioni tra biomolecole e superfici funzionalizzata

• Principi fondamentali della bioelettronica
• Interazione tra materiali elettronici e sistemi biologici
• Polimeri conduttori per il controllo e il monitoraggio dell’attività cellulare
• Interfacce materiali–cellule
• Applicazioni in ambito biomedico e nei biosensori

 Caratterizzazione di superficie:

• Microscopie a scansione di sonda: Microscopia a effetto tunnell, Microscopia a forza atomica, Spettroscopia di forza.
  
• Microbilancia a cristalli di quarzo. 
  
• Risonanza plasmonica di superficie localizzata
  
• Ellissometria spettroscopica
  
• Spettroscopia di impedenza elettrochimica 
  
• Principali tecniche elettrochimiche per la caratterizzazione delle superfici 
  

Laboratorio:

• Preparazione e funzionalizzazione di superfici
• Caratterizzazione mediante le principali tecniche di analisi di superficie affrontate durante il corso
  
• Analisi e interpretazione dei dati sperimentali
  
• Correlazione tra funzionalizzazione, struttura e proprietà della superficie

Polymer Physics (M. Rubinstein – Oxford University Press)

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

Organic electronics (Fabio Cicoira and Clara Santato - Wiley)

Electrical Properties of Polymers- (Tony Blythe, David Bloor - Cambridge University Press)

Intelligent macromolecules for smart devices (L. Dai - Springer)

L’esame consiste in una prova orale e riguarda esclusivamente gli argomenti trattati durante le lezioni e le esperienze svolte in laboratorio.

La valutazione terrà principalmente conto di:

• Conoscenza e correttezza dei contenuti: capacità di esporre correttamente i concetti e i principi affrontati durante il corso.

• Comprensione: capacità di spiegare e comprendere i procedimenti alla base delle principali relazioni, modelli e risultati discussi.

• Correttezza delle equazioni: capacità di riportare e interpretare correttamente le principali equazioni affrontate durante il corso.

• Linguaggio scientifico: uso appropriato della terminologia e capacità di esprimere i concetti in modo chiaro e preciso.

• Coerenza dell’esposizione: capacità di organizzare logicamente gli argomenti e di mettere in relazione tra loro i diversi concetti.

• Collegamento tra teoria e pratica: capacità di applicare i concetti teorici alle esperienze di laboratorio, interpretandone correttamente principi, risultati e osservazioni.

Particolare importanza sarà attribuita alla comprensione degli argomenti, più che alla semplice memorizzazione, e alla capacità di collegare gli aspetti teorici con le osservazioni sperimentali.

Definizione e proprietà di sistemi molti-responsive.

Descrivere il comportamento delle biomolecole all'interfaccia.

Modelli per descrivere il meccanismo di conducibilità di polimeri conduttori

Principi e caratteristiche della bioelettronica

Principi di funzionamento delle tecniche di caratterizzazione