Corso di laurea magistrale in Chimica Industriale

Buone basi di fisica, chimica inorganica e chimica fisica (struttura atomica, legame chimico, termodinamica e termochimica, elementi basilari di cristallografia, conoscenza di tecniche spettroscopiche di indagine.)

L’insegnamento si propone di offrire una panoramica su alcuni materiali inorganici avanzati che, per le loro proprietà, costituiscono esempi significativi di applicazione nei settori dell’elettronica, dell’energia e dell’aerospazio. Verranno analizzati i principali metodi utilizzati per la produzione di materiali in forma di film sottili e bulk. Saranno inoltre presentate le tecniche fondamentali per la caratterizzazione di solidi cristallini (diffrazione a raggi X da cristallo singolo e da polveri) e amorfi, insieme ai principi di crescita cristallina.                          

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
Alla fine di questo insegnamento saranno state acquisite le conoscenze che permetteranno di:
MODULO A
- descrivere le caratteristiche salienti delle diverse metodologie di Physical Vapor Deposition e  Chemical Vapor Deposition per la sintesi di film e delle relative strumentazioni;
- identificare i principali vantaggi e svantaggi delle differenti tecniche; 
- descrivere l'effetto della variazione dei parametri sperimentali sul processo di deposizione;
- descrivere i principali processi di produzione industriale di film;
- utilizzare la terminologia tecnico-scientifica specifica in modo adeguato.

MODULO B
- interpretare criticamente i risultati della diffrazione da cristallo singolo e da polveri cristalline.
- identificare i principali parametri che influenzano la cristallizzazione dei materiali.

MODULO C
Superconduttori
- Conoscere i principi di base della superconduttività, incluse le caratteristiche fondamentali (resistenza nulla, effetto Meissner).
- Comprendere le differenze tra superconduttori convenzionali e ad alta temperatura critica.
-Acquisire familiarità con i principali modelli teorici (BCS, modello a legami deboli, concetti di gap energetico).
- Comprendere le proprietà macroscopiche rilevanti (corrente critica, campo magnetico critico, temperatura critica).
- Conoscere i materiali superconduttori più studiati e le loro applicazioni tecnologiche (magneti, dispositivi elettronici, trasporto energetico).
- Saper interpretare i dati sperimentali relativi alle proprietà superconduttive di materiali reali.

Vetri
- Conoscere la struttura disordinata dei solidi amorfi e distinguerla da quella dei cristalli.
- Comprendere i processi di formazione dei vetri e i fattori termodinamici e cinetici che li determinano.
- Acquisire familiarità con le principali tipologie di vetri inorganici (silicei, borati, fosfatici) e le loro proprietà chimico-fisiche.
- Comprendere i metodi di produzione e lavorazione del vetro (fusione, tempra, ricottura).
- Conoscere le principali tecniche di caratterizzazione dei vetri (spettroscopia, diffrazione, microscopia).
- Saper collegare la composizione chimica del vetro alle sue proprietà meccaniche, ottiche ed elettriche. 
- Comprendere le principali applicazioni tecnologiche e scientifiche dei vetri (ottica, elettronica, beni culturali, materiali avanzati).

 

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Verrà acquisita la capacità di utilizzare la conoscenza di base i) nel campo dei metodi di deposizione di film, per determinare le condizioni sperimentali ed i reattori più opportuni per la deposizione; ii) nell’ambito dell’analisi dei materiali, della crescita cristallina e della determinazione della struttura cristallina mediante diffrazione.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Verrà acquisita la capacità di valutare la metodologia sperimentale più adatta per depositare, studiare e caratterizzare un materiale.

ABILITÀ COMUNICATIVE
Verrà acquisita la capacità di utilizzare un adeguato linguaggio tecnico.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO
Sarà possibile proseguire il percorso formativo in corsi di dottorato o master nel settore chimico-industriale relativo alla sintesi di materiali.

MODULO A  (2,5 cfu lezione - 20 ore) - docente prof.ssa Paola Benzi:
-Introduzione ai metodi di deposizione di materiali sotto forma di film da fase vapore.
-Metodi di Physical Vapor Deposition e Chemical Vapor Deposition.
-Principi generali e meccanismi di crescita del film e descrizione dei reattori. Schema del processo di deposizione e grandezze relative.
-Metodi di Physical Vapor Deposizion: Evaporazione termica, ad arco elettrico e a cannone elettronico. Sputtering. Pulsed Laser Deposition. Epitassia da fasci molecolari.
-Chemical Vapor Deposition: reazioni e precursori. Attivazione termica, con radiazioni elettromagnetiche (foto e laser CVD) e via plasma (RF, MW). Atomic Layer Deposition.
-Applicazioni, vantaggi e svantaggi dei singoli metodi.
-Trattamenti post deposizione: Drogaggio, Ossidazione e Etching.
--Metodi di cristallizzazione e caratterizzazione dei cristalli.                 

MODULO B (4,5 cfu: 4 cfu lezione, 0,5 cfu laboratorio) - docente prof.ssa Domenica Marabello
- Introduzione alla cristallografia: elementi di simmetria, classi cristalline, reticoli di Bravais, gruppi spaziali, reticolo reciproco, notazione di Hermann-Mauguin e lettura tabelle internazionali.
- Diffrazione dei raggi X: interazione raggi X-materia legge di Bragg, sfera di Evald.
- Diffrazione dei raggi X da cristallo singolo: strumentazione, scelta e montaggio campione, acquisizione dati, risoluzione strutturale, applicazioni.
- Diffrazione dei raggi X da polveri cristalline: strumentazione, preparazione campione, acquisizione dati, interpretazione dei risultati, applicazioni.
- Introduzione alla crescita dei cristalli: termodinamica e cinetica della nucleazione, morfologia e abito cristallino, teoria PBC, meccanismi di crescita delle facce, geminazione, effetto delle impurezze o additivi sulla crescita, metodi per influenzare la morfologia e l'abito di un cristallo.

MODULO C (2cfu)- docente prof. Angelo AGOSTINO
Il corso introduce i principi fondamentali della superconduttività, dalla scoperta storica alle proprietà chiave come resistenza nulla ed effetto Meissner. Vengono presentati i modelli teorici principali (teoria BCS, superconduttori ad alta Tc) e le proprietà macroscopiche rilevanti (corrente, campo e temperatura critica). Si analizzano diverse classi di materiali, dalle leghe metalliche agli ossidi complessi. Ampio spazio è dato alle tecniche di caratterizzazione (resistività, magnetometria, spettroscopia). Infine, si discutono le applicazioni in elettronica, energia e sistemi quantistici.
La seconda parte del modulo, dedicata ai vetri, illustra la natura dei solidi amorfi e il confronto con i cristalli. Vengono trattati i processi di formazione, i metodi di produzione e lavorazione (fusione, tempra, ricottura) e le principali tipologie di vetri inorganici. Si approfondiscono le relazioni tra composizione chimica e proprietà meccaniche, ottiche ed elettriche. Le tecniche di caratterizzazione comprendono spettroscopia, diffrazione e microscopia. Infine, vengono analizzate le applicazioni nei settori ottico, elettronico, energetico, aerospaziale e della conservazione dei beni culturali.

 

L'insegnamento è costituito da:                                                                           

1. 7,5 crediti di lezioni frontali (60 ore), frequenza facoltativa;                                                 
2. 1,5 crediti di laboratorio (24 ore), frequenza obbligatoria.

Le attività didattiche verranno svolte in presenza.

Il materiale didattico sarà disponibile su Campusnet e Moodle.

 

L'esame è costituito da tre prove in itinere, una per ciascuno dei moduli del corso svolti dai rispettivi docenti.

MODULO A, B e C
Le prove relative ai moduli A, B e C consisteranno di un colloquio orale.
Gli argomenti oggetto d'esame rifletteranno quelli trattati a lezione secondo i programmi del modulo (A, B e C).

La valutazione terrà conto anche della capacità di organizzare in modo discorsivo le conoscenze, della chiarezza espositiva e dell’uso appropriato del lessico specialistico.

Gli esami verranno svolti in presenza.

Il voto finale è calcolato come media pesata sui crediti dei singoli voti ottenuti nei tre moduli ed è espresso in trentesimi.

Il materiale didattico presentato a lezione è disponibile sotto forma di dispense dei docenti scaricabili dal sito del corso o fornite direttamente dai docenti.

Tutti i materiali e i contenuti utilizzati durante le attività didattiche sono protetti dalla vigente normativa in materia di diritto d'autore e possono essere utilizzati dagli utenti universitari per esclusivo scopo didattico e di ricerca ad uso privato e personale. In assenza di autorizzazione scritta dei docenti e/o dell’Università, è vietato, salvo nei casi di contenuti eventualmente rilasciati sotto specifica licenza creative commons, riutilizzare, diffondere, tradurre, distribuire, alterare, adattare e modificare gli originali. È vietato qualsiasi utilizzo dei materiali didattici o di parti di esso per fini commerciali e /o scopo di lucro anche indiretto.

Si richiama l'attenzione degli utenti ad un uso consapevole e corretto dei materiali nel rispetto delle disposizioni del codice etico di Ateneo.

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