Materiali funzionali

Anno accademico 2012/2013

Obiettivi formativi del corso

Conoscenze e capacità di comprensione: Il corso vuole fornire agli studenti gli strumenti per progettare i materiali in funzione dell'applicazione richiesta, lavorando su più livelli: sintetico, strutturale, morfologico, integrazione nei manufatti finali. Il focus è sui materiali funzionali con una parte apposita dedicata ai materiali strutturali.

Risultati dell'apprendimento

Applicazione di conoscenze e capacità di comprensione: Progettazione di un materiale funzionale sulla base delle specifiche applicative. Autoassemblaggio di materiali funzionali. Controllo delle interazioni deboli e loro impiego nel controllo morfologico e funzionale dei materiali. Integrazione del materiale nel dispositivo finale.

Note

Le date degli appelli verranno concordate con gli studenti. Si prevedono almeno 5 appelli per sessione.

Programma

Programma corso Materiali Funzionali (LS 4CFU)
Docente: Enrico Dalcanale

Finalità del corso
I materiali rappresentano uno dei settori avanzati della ricerca di base ed applicata in campo chimico. Attraverso lo studio di quattro classi di materiali funzionali, il presente corso vuole illustrare la metodologia di lavoro e la multidisciplinarità richieste dalla ricerca nel campo dei materiali.
Per ogni classe verranno discussi gli aspetti fisici (introduzione ai principi fisici fondamentali dei fenomeni studiati), chimici (progettazione, sintesi, caratterizzazione, rapporto proprietà-struttura) ed applicativi (possibili campi di applicazione, prestazioni, compatibilità dei materiali con i cicli produttivi dei manufatti).
Concetti introduttivi
Funzione via organizzazione, autoassemblaggio, autoorganizzazione, trasferimento delle proprietà desiderate dal livello molecolare a quello macroscopico. Come la Natura realizza i materiali.
Cristalli liquidi
Definizione e proprietà fisiche. Mesofasi: nematica, smettica, colonnare, colesterica. Sintesi. Rapporto proprietà-struttura. Caratterizzazione chimico-fisica. Proprietà elettriche. Polimeri liquido cristallini. Applicazioni: displays piatti, pannelli ottici, termocromismo, ecc.
Self-assembled monolayers (SAM) e film Langmuir-Blodgett (LB)                                   Definizione. Caratteristiche molecolari richieste per formare SAM e film LB. Termodinamica e cinetica di formazione. Esempi di progettazione e sintesi di composti per SAM e LB. Tecniche di deposizione e di caratterizzazione. Proprietà funzionali di SAM e film LB.
Sensori chimici
Principi di funzionamento dei sensori termici, piezoelettrici, elettrochimici, ottici. Materiali e trasduttori impiegati. Trasformazione di fenomeni di riconoscimento molecolare in segnali elettrici/ottici. Superfici organizzate. Ionofori. Analisi multicomponenti ed uso di reti neurali. Applicazioni: sensori per gas, sensori per liquidi e fluidi biologici. Sensori per l’identificazione di miscele complesse (aromi, ecc.).
Polimeri conduttori
Teoria delle bande: solitoni, polaroni e bipolaroni. Conduttività nei composti organici. Drogaggio. Sintesi e proprietà conduttrici di polacetilene, polipirrolo, polianilina, politiofene. Applicazioni: batterie leggere, sensori conduttimetrici, etc.

Testi consigliati e bibliografia

Dispense