Obiettivi:

L’insegnamento si propone di fornire allo studente le conoscenze base sulle tecnologie di fabbricazione di nanostrutture e sugli interessi applicativi dei nanomateriali. Nonostante siano privilegiati gli approcci bottom-up, sono trattate anche alcune tecnologie top-down di interesse industriale. Nel caso di nanostrutture zero-dimensionali e mono-dimensionali le conoscenze teoriche sono accompagnate da attività sperimentali di laboratorio, in particolare, sono preparate nanoparticelle metalliche e nanofibre polimeriche. Infine, vengono forniti gli strumenti per lo studio della morfologia mediante analisi delle immagini.

A seguito del superamento dell’esame lo studente:

• Per tutte le classi di strutture considerate, conoscerà i principi fondamentali della crescita mediante tecniche bottom up; sarà in grado di valutare gli effetti dei parametri sperimentali che governano la crescita della nanostruttura
• conoscerà le tecniche top–down di preparazione di nanoparticelle e saprà valutare i vantaggi e gli svantaggi in funzione delle possibili applicazioni
• conoscerà le principali tecniche di deposizione in vuoto e le principali reazioni in fase vapore per la formazione di film sottili
• sarà in grado di preparare nanoparticelle metalliche e di valutarne le proprietà di assorbimento nel visibile in funzione delle dimensioni
• sarà in grado di preparare membrane di nanofibre polimeriche e variarne la morfologia in funzione delle variabili di processo
• sarà capace di applicare gli strumenti di analisi delle immagini e ricavare dimensioni medie e distribuzione delle dimensioni
• sarà in grado di comprendere la letteratura del settore in modo da affrontare successivi approfondimenti

Strutture “zero-dimensionali”: nanoparticelle

Preparazione di nanoparticelle mediante tecniche top-down

Sintesi per nucleazione omogenea: nanoparticelle metalliche, nanoparticelle di semiconduttori non ossidi, nanoparticelle di ossidi (sol-gel); nanoparticelle in matrice solida

Sintesi per nucleazione eterogenea

Sintesi cineticamente confinata: aerosol, pirolisi spray, sintesi in micelle.

Cenni di plasmonica e di spettroscopia di assorbimento UV-vis

Cenni di applicazioni di nanoparticelle

Strutture mono-dimensionali: nanofili e nanobacchette (nanowire e nanorod)

Crescita spontanea per evaporazione-condensazione

Crescita spontanea vapore-liquido-solido (VLS); crescita spontanea soluzione-liquido-solido

Sintesi basata su template: elettrodeposizione, riempimento

Electrospinning

Cenni di applicazioni di nanofibre

Strutture bidimensionali 

Tecniche di deposizione di film sottili: dip coating, casting, tecnica Doctor Blade, wire bar coating, roll-to-roll, spin coating, flexografia, serigrafia, stampa a getto di inchiostro.

Deposizioni fisiche in fase vapore: evaporazione, MBE, sputtering.

Deposizioni chimiche in fase vapore; Atomic Layer Deposition

Self-assembly

Langmuir-Blodgett

Film sol-gel

Oltre ai testi consigliati verrà reso disponibile materiale didattico a cura del docente.

Fondamenti di chimica.

L’esame consiste in una prova scritta così organizzata:

• una domanda aperta su uno dei principali argomenti trattati
• un esercizio numerico
• una domanda puntuale
• una serie di domande a risposta multipla

Nella domanda aperta sono valutati non solo la completezza della discussione, ma anche la proprietà di linguaggio e la chiarezza nella descrizione. L’esercizio numerico è della stessa tipologia di quelli affrontati durante il corso. La sua valutazione tiene conto dalla correttezza della risoluzione, dell’adeguato utilizzo delle cifre significative e delle unità di misura. È richiesta la conoscenza delle principali costanti fisiche utilizzate. La domanda puntuale ha lo scopo di valutare la conoscenza dettagliata dell’insegnamento, mentre le domande a risposta multipla la conoscenza di tutti gli argomenti dell’insegnamento. L’esercizio numerico o la domanda puntuale può richiedere di applicare le conoscenze acquisite per operare scelte, oppure analizzare e giustificare dati sperimentali mediante un ragionamento.

Capitoli: 5, 6, 7