ANALYSIS AND SYNTHESIS TECHNIQUES FOR FUNCTIONAL SURFACES AND NANOSTRUCTURES

Il corso è rivolto a studenti di dottorato in Ingegneria Fisica e Scienza dei Materiali ed è erogato nel primo semestre. Fornisce una visione approfondita della sintesi controllata e della caratterizzazione avanzata dei nanomateriali. Vengono considerate diverse classi di sistemi a confinamento quantistico (0D, 1D e 2D), insieme ai principali approcci di sintesi, quali metodi chimici in soluzione, deposizione da fase vapore chimica (CVD) ed epitassia a fasci molecolari (MBE). Particolare attenzione è dedicata alla relazione tra le condizioni di sintesi e le proprietà dei materiali. Vengono inoltre discusse tecniche di caratterizzazione relative alla struttura cristallina, alla composizione chimica, agli stati elettronici, alla morfologia e alla fase, con riferimento ad applicazioni in materiali funzionali e nel settore energetico.

L'obiettivo del corso è di fornire una descrizione di base di cinque tecniche di sintesi/analisi delle superfici, insieme ad alcune applicazioni: deposizione chimica da vapore, microscopia a forza atomica (AFM), spettroscopia di assorbimento a raggi X (XANES, EXAFS), spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) alias spettroscopia elettronica per analisi chimica (ESCA), spettroscopia elettronica Auger (AES). L'analisi fisica e chimica delle superfici è fondamentale per comprendere come i materiali interagiscono con l'ambiente circostante. Le tecniche di analisi delle superfici forniscono gli strumenti per esplorare la fisica e la chimica della superficie e del sottosuolo dei materiali solidi. L'obiettivo principale del corso è far sì che gli studenti scelgano correttamente una tecnica di caratterizzazione delle superfici in base alle domande scientifiche a cui devono rispondere. L'obiettivo specifico della seconda parte del corso è la corretta applicazione delle tecniche presentate nella prima parte a un campo specifico della nanotecnologia, ovvero la conversione dell'energia. Si suppone che gli studenti siano in grado di correlare le proprietà strutturali, morfologiche e compositive alle caratteristiche funzionali delle diverse nanostrutture.

Le conoscenze di base della fisica dello stato solido, della scienza dei materiali, della chimica fisica e della chimica inorganica costituiscono il prerequisito per frequentare il corso.

Questo corso introduce gli studenti ai principi fondamentali della sintesi dei materiali e dell’analisi delle superfici, con particolare attenzione alla comprensione sia dei processi di preparazione sia delle tecniche di caratterizzazione dei materiali avanzati. Gli studenti acquisiranno le basi delle principali tecniche di sintesi, tra cui metodi chimici in soluzione (ad esempio idrotermale e sol-gel), deposizione da fase vapore chimica (CVD), epitassia a fasci molecolari (MBE) e approcci correlati, analizzandone vantaggi, limiti e ambiti di applicazione.
Parallelamente, il corso affronta le principali tecniche di caratterizzazione superficiale e strutturale, evidenziando le informazioni fisiche e chimiche che esse possono fornire, nonché gli aspetti strumentali fondamentali. Tali concetti saranno illustrati attraverso esempi applicativi relativi a diverse classi di materiali.
La seconda parte del corso è dedicata al ruolo dei nanomateriali nelle tecnologie di raccolta e conversione dell’energia. Verranno analizzate diverse tipologie di nanomateriali in relazione ai processi chiave da ottimizzare, quali assorbimento della luce, generazione e dissociazione degli eccitoni, trasporto e raccolta delle cariche. Tra gli esempi trattati figurano punti quantici, nanofili semiconduttori, sistemi plasmonici e strutture gerarchiche.
Durante tutto il corso verranno stabiliti collegamenti tra sintesi, caratterizzazione e applicazioni. I concetti introdotti nella prima parte saranno ripresi e approfonditi nella seconda, evidenziando come il controllo dei processi di sintesi e l’uso di tecniche avanzate di caratterizzazione consentano la progettazione di materiali efficienti per applicazioni energetiche.

Tutto il materiale necessario verrà fornito a lezione.

The assessment method is based on presentations/oral exam
The assessment method is based on presentations/oral exam

orale

Il/la docente ha il dovere di vigilare affinché siano rispettate le regole di autenticità e originalità delle prove d'esame. Di conseguenza, nei casi in cui vi sia il sospetto di un comportamento irregolare, l'esame può prevedere un ulteriore approfondimento, contestuale alla prova d'esame, che potrà essere realizzato anche in modalità differente rispetto alle modalità sopra riportate.

orali esame – Gli studenti dovranno dimostrare la loro comprensione dei concetti relativi alla caratterizzazione e all'analisi delle nanostrutture funzionali di superficie.

Il corso si svolgerà nelle aule didattiche. L'attività in classe degli studenti è altamente incoraggiata. Per superare il corso è necessaria almeno l'80% della frequenza.

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Cambiamento climatico e energia" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile