10592 - CHIMICA FISICA DEI MATERIALI

Conoscenze e abilità da conseguire

Il Corso si prefigge l'obiettivo specifico di fornire gli strumenti chimico-fisici per descrivere e razionalizzare le organizzazioni  molecolari di varie moderne classi di materiali (in particolare cristalli liquidi, polimeri, elastomeri, vetri, colloidi, materiali nanoporosi). Saranno esaminate alcune essenziali tecniche di caratterizzazione di materiali come il dicroismo ottico, la calorimetria, la diffusione di raggi X a basso e alto angolo, il rilassamento dielettrico con la risposta dei materiali a campi elettrici di varia frequenza. La relazione struttura-caratteristiche molecolari sarà  discussa mediante l' utilizzo di tecniche di modellazione e di simulazione al calcolatore (Monte Carlo e dinamica molecolare ) oggi di grande importanza anche in ambito industriale, con l' obbiettivo di fornire agli studenti solide basi per la comprensione delle diverse tecniche di simulazione e per il loro utilizzo nella previsione e interpretazione di vari tipi di misure sperimentali .

Contenuti

Il corso si propone di descrivere le origini molecolari e le applicazioni tecnologiche di alcune significative proprietà dei materiali. In particolare viene approfondita la relazione fra struttura molecolare e   proprietà macroscopiche, utilizzando tecniche di simulazione al calcolatore e alcune importanti tecniche di caratterizzazione e di indagine della struttura e della dinamica dei materiali.

Il programma prevede i seguenti argomenti:

·       Richiami sulla struttura e sull'ordine molecolare delle varie fasi della materia condensata e di vari materiali (solidi cristallini, liquidi, cristalli liquidi, materiali nano e mesoporosi, micelle e membrane, vetri, polimeri speciali, materiali per l'elettronica organica) e sulle loro transizioni di fase. Esempi dell'utilizzo di vari tipi di materiali molecolari in applicazioni avanzate: display a cristalli liquidi, filtri ottici speciali, attuatori ad elastomeri.

·       Modellistica molecolare. Forze fra molecole e fra particelle colloidali. Interazioni attrattive e repulsive. Effetti del tipo di interazione e del suo raggio di azione sui possibili stati di aggregazione della materia (esistenza di liquidi, stati colloidali ecc.). Potenziali empirici (sfere dure, sfere adesive, Lennard-Jones). Interazioni elettrostatiche, induttive e dispersive (polarizzabilità ).

·       Relazione fra struttura (potenziale intermolecolare) e proprietà macroscopiche (organizzazione molecolare ecc.).  Metodi di simulazione al calcolatore della struttura e delle proprietà di fasi condensate. Metodo Monte Carlo (MC): basi teoriche, diagramma di flusso, applicazione a fasi condensate e materiali (es. determinazione di ordine, fluidità, transizioni).  La tecnica Molecular Dynamics (MD): introduzione, implementazione pratica, applicazioni a vari materiali. Differenze fra MC e MD. Visualizzazione con tecniche di computer graphics di organizzazioni e traiettorie molecolari.

·       Caratterizzazione dielettrica dei materiali. Proprietà elettriche e loro relazione con la struttura molecolare. Dispersione dielettrica e sua dipendenza dalla frequenza (da basse frequenze alle microonde). Cenni di Teoria della Risposta lineare. Funzioni di correlazione rotazionale dei dipoli. Grafici Cole-Cole.

·       Materiali per l'elettronica organica e loro applicazioni. Cenni su semiconduttori, transistors, Light Emitting Diodes (LED), Celle Solari (principi di funzionamento e applicazioni).

Testi/Bibliografia

Una copia cartacea dei lucidi proiettati (in inglese) e di altro materiale viene resa disponibile agli studenti prima delle lezioni stesse. Il materiale distribuito e' sufficiente per preparare la verifica finale.

 

Per approfondimenti

J.-L. Barrat  and J.-P. Hansen , Basic Concepts for Simple and Complex Liquids (Cambridge University Press, Cambridge, 2003).

 

I. W. Hamley , Introduction to Soft Matter : Polymers, Colloids, Amphiphiles and Liquid Crystals (Wiley, Chichester , UK, 2000)

 

C. Zannoni, Cristalli Liquidi, Enciclopedia del Novecento, Supplemento III, Istituto della Enciclopedia Italiana, Treccani, 288-297 (2004)

 

 

Metodi didattici

Lezioni in aula con videoproiettore e lavagna

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale. Le esercitazioni richiedono relazioni sullo svolgimento.

Strumenti a supporto della didattica

Il corso consiste di lezioni frontali. Le lezioni in aula si avvalgono di videoproiettore e lavagna.
Le esercitazioni saranno tipicamente centrate su modellazione e simulazioni al calcolatore
 

 

Link ad altre eventuali informazioni

http://www2.fci.unibo.it/~bebo/z/

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Claudio Zannoni