B1724 - NANOMATERIALI

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso è finalizzato alla comprensione dei materiali nanostrutturati, fornendo allo studente la capacità di associare le proprietà fisico-chimiche di un nanomateriale con la sua struttura chimica e la sua forma geometrica. Oltre ai principali metodi di sintesi delle nanoparticelle verranno trattate le loro principali applicazioni in ambito scientifico e tecnologico.

Contenuti

Fondamenti fisici dei nanomateriali

• Introduzione alla teoria delle bande elettroniche nei solidi
• Riepilogo di meccanica quantistica applicata a sistemi a bassa dimensionalità
• Transizione tra materia condensata classica e comportamento nanostrutturato
  
• Concetto di nanoscala: effetti quantistici e superfici dominanti
• Confinamento quantistico e densità degli stati

Proprietà fisiche dei nanomateriali

Elettroniche: effetto tunnel, blocco di Coulomb, quantizzazione della conduttanza o Ottiche: assorbimento discreto nei punti quantici, risonanza plasmonica superficiale o Termiche: conducibilità ridotta, fononi confinati o Magnetiche: superparamagnetismo, anisotropie in nanosistemi o Relazioni tra dimensione e proprietà: 0D (punti quantici), 1D (nanofili, nanotubi), 2D (grafene e simili)

Tecniche di sintesi e fabbricazione

Approcci top-down: litografia elettronica, ion beam, ablazione laser o Approcci bottom-up: auto-assemblaggio, sintesi chimico-fisica (PVD, CVD) o Sintesi di nanostrutture specifiche: film sottili, etero-strutture, materiali 2D o Introduzione ai materiali autoassemblanti e alla chimica supramolecolare.

Tecniche di caratterizzazione dei nanomateriali

Microscopia: SEM, TEM, AFM, STM o Spettroscopia: Raman, UV-VIS, XPS, spettroscopia di fluorescenza o Diffrazione di raggi X (XRD) e tecniche di scattering o Analisi elettronica e strutturale a livello atomico e subnanometrico

Applicazioni fisiche e tecnologiche dei nanomateriali

Elettronica: transistor nanometrici, spintronica, materiali per memorie resistive o Ottica: fotonica, LED quantistici, materiali per invisibilità (metamateriali) o Energia: materiali per celle solari, batterie, supercondensatori o Nanomeccanica: sensori, NEMS o Introduzione al tema delle proprietà emergenti nei materiali artificiali (es. materiali topologici, moiré structures)

Testi/Bibliografia

T. Tsurumi et al. Nanoscale Physics for Materials Science, CRC Press 2010.

E. Wolf, Nanophysics and Nanotechnology, 2nd edition, Wiley.-VCH

D. Vollath, Nanomaterials: An Introduction to Synthesis, Properties and Applications, Wiley-VCH.

Metodi didattici

Lezioni frontali con l'ausilio di presentazioni, disponibili su Virtuale.unibo.it. Esercitazioni in classe supportate da metodi di didattica interattiva.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L’esame finale ha l’obiettivo di valutare la comprensione da parte dello studente dei concetti fondamentali legati ai nanomateriali e alle loro proprietà fisiche, nonché la capacità di applicare tali conoscenze a casi concreti e tecniche di analisi.

La prova si svolge in forma orale e si articola in due momenti principali:

• una presentazione (alla lavagna, no slides) da parte dello studente di un argomento a scelta relativo a una tecnica di sintesi, caratterizzazione o applicazione dei nanomateriali, selezionato da un elenco proposto dal docente;

• domande integrative sui principi fisici alla base del comportamento dei materiali su scala nanometrica, inclusi effetti quantistici, fenomeni di superficie, e metodi di indagine strutturale o spettroscopica.

Durante il colloquio verranno valutati:

• la chiarezza espositiva e la precisione terminologica,

• la padronanza dei concetti fisici trattati nel corso,

• la capacità di argomentare, collegare concetti e inquadrare le tecniche in contesti applicativi,

• l’uso corretto e consapevole del linguaggio tecnico-scientifico.

Criteri di valutazione

• Eccellente (28–30 e lode): conoscenza completa e approfondita dei concetti di fisica dei nanomateriali; esposizione fluida, precisa e ben organizzata; uso rigoroso del linguaggio scientifico; ottima capacità di sintesi e ragionamento.

• Buono – Discreto (24–27): conoscenze corrette ma in parte riprodotte in modo mnemonico; esposizione generalmente ordinata; linguaggio tecnico appropriato con alcune imprecisioni; capacità argomentativa presente ma non sempre articolata.

• Sufficiente (18–23): comprensione limitata ma adeguata degli argomenti principali; esposizione poco fluida; linguaggio tecnico usato in modo parziale o impreciso; collegamenti tra i concetti poco sviluppati.

• Non sufficiente (<18): conoscenze frammentarie o scorrette; esposizione confusa; linguaggio tecnico inappropriato; mancanza di comprensione dei principi fondamentali e assenza di capacità argomentativa.

Strumenti a supporto della didattica

Presentazioni e registrazione lezioni disponibili su Virtuale.unibo.it

Strumenti di didattica interattiva (Wooclap, Flipped Classroom)

 

Studenti/sse con DSA o disabilità temporanee o permanenti: si raccomanda di contattare per tempo l’ufficio di Ateneo responsabile

(https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it ): sarà sua cura proporre agli/lle studenti/sse interessati/e eventuali adattamenti, che dovranno comunque essere sottoposti, con un anticipo di 15 giorni, all’approvazione del/della docente, che ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell'insegnamento.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Raffaello Mazzaro