10592 - CHIMICA FISICA DEI MATERIALI

Conoscenze e abilità da conseguire

Il Corso si prefigge l'obiettivo specifico di fornire una panoramica di varie moderne classi di materiali (in particolare cristalli liquidi, polimeri, vetri, colloidi, materiali nanoporosi) e della razionalizzazione delle loro proprieta', in particolare in vista delle loro moderne applicazioni (es. displays, sensori termici ecc.), in termini molecolari. Saranno anche esaminate alcune essenziali tecniche di caratterizzazione come la calorimetria differenziale e i raggi X. Cenni preliminari alle tecniche di modellazione al calcolatore, che saranno trattate in dettaglio nel corso specialistico, hanno l'obbiettivo di fornire allo studenti le basi per la comprensione dei programmi di simulazione Monte Carlo e di dinamica molecolare oggi di grande importanza anche in ambito industriale.

Contenuti

Stati della materia condensata e materiali: descrizione qualitativa della struttura e delle principali proprietà delle varie organizzazioni della materia in termini di ordine molecolare. Cristalli e loro principali proprietà ottiche (birifrangenza) e meccaniche (modulo di Young). Liquidi (fluidità). Cristalli liquidi e loro applicazioni tecnologiche: nematici (display e schema del loro funzionamento); colesterici (termografia); smettici (display a memoria); discotici (fili molecolari). Fasi liotropiche e sistemi autoassemblanti. Sistemi porosi e nanoconfinati. Zeoliti artificiali (es: MCM41): proprietà e preparazione attraverso  auto-assemblaggio di micelle e sistemi liotropici. Micelle, liposomi, bilayers. Polimeri. Elastomeri. Colloidi.

 

Transizioni di fase e loro classificazione (Ehrenfest e Landau - deGennes). Diagrammi di fase. Applicazioni di solventi supercritici. Metastabilità. Stato vetroso.   Polimeri e transizione vetrosa. Vetri inorganici.

 

Diffrazione di raggi-X e sue applicazioni. Reticoli cristallini e indici di Miller. Legge di Bragg. Spettri di monocristalli e di polveri. Spettri a raggi-X di vetri, polimeri e materiali amorfi. SAXS. 

 

Cenni sulle forze fra molecole e fra particelle colloidali.  Potenziali empirici a sfere dure, e buca quadrata, Lennard-Jones. Cenni sulle interazioni elettrostatiche (carica, dipolo, quadrupolo). Forze di induzione e di dispersione.  Effetti del tipo di interazione e del suo raggio di azione sugli stati di aggregazione della materia e sui colloidi. Importanza relativa dei vari tipi di interazione in soluzione. Interazione fra particelle colloidali. Stabilità dei colloidi. Potenziale Z. Cenni di teoria DLVO.

 

Relazione tra proprietà microscopiche e macroscopiche: cenni di modellazione e simulazione al calcolatore. Descrizione essenziale delle tecniche Monte Carlo e Molecular Dynamics ed esempi di applicazione alla progettazione di nuovi materiali molecolari.

Testi/Bibliografia

Il materiale distribuito e' sufficiente per la verifica finale. Per approfondimenti

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

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

R. Pashley and M. E. Karaman, Applied Colloid and Surface Chemistry,  Wiley (2004)

Metodi didattici

Lezioni in aula con videoproiettore e lavagna

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Un elaborato scritto in cui viene chiesto di discutere uno o piu' degli argomenti presentati a lezione, , seguito da un breve orale, come parte dell'esame complessivo di Chimica Fisica

Strumenti a supporto della didattica

Una copia cartacea dei lucidi proiettati e di altro materiale viene resa disponibile agli studenti prima di ogni gruppo di lezioni.

Link ad altre eventuali informazioni

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

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Claudio Zannoni