Obiettivi formativi
Il Corso di Chimica Fisica dei Materiali Molecolari ha lo scopo di fornire
agli studenti gli elementi fondamentali della chimica-fisica dei materiali molecolari,
sulla base dei concetti di base della fisica dello stato solido.
D1 - Conoscenza e Capacità di compresione:
Al termine del corso ci si attende che lo studente sia in grado di
conoscere le principali interazioni intermolecolari nella materia condensata,
conoscere i concetti di base della fisica dello stato solido cristallino,
conoscere le piu' recenti tematiche di ricerca inerenti alla ricerca dei materiali molecolari;
comprendere il linguaggio matematico necessario alla descrizione di fenomeni fisici e chimici
dei sistemi cristallini.
D2 - Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente avra' la capacità di
comprendere la letteratura scientifica di riferimento,
comprendere le relazioni tra struttura molecolare, impaccamento cristallino e proprietà dei materiali,
analizzare, classificare le tecniche di analisi per la caratterizzazione dei materiali,
con particolare attenzione verso le tecniche spettroscopiche.
D3 - Autonomia di giudizio
Lo studente sarà in grado di analizzare e valutare autonomamente le potenziali
proprietà dei materiali molecolari sulla base della loro composizione molecolare e sul
loro arrangiamento cristallino.
Sarà in grado di valutare e scegliere le migliori tecniche sperimentali e teoriche per
lo studio e la caratterizzazione dei materiali.
D4 – Abilità comunicative
Lo studente sarà in grado di comunicare e commentare su problematiche relative alle
proprietà e applicazioni dei materiali molecolari in maniera trasversale e interdisciplinare con fisici,
scienziati dei materiali e ingegneri.
D5 -
Lo studente sarà in grado di approfondire e estendere le proprie conoscenze
utilizzando le risorse bibliografiche, articoli scientifici e review su argomenti piu' specialistici.
Prerequisiti
Buona padronanza di meccanica quantistica molecolare e di spettroscopia molecolare
Contenuti dell'insegnamento
Parte Prima: Nozioni fondamentali della materia condensata.
- Classificazione dei materiali. Lo stato Cristallino. Simmetria e transizioni di fase.
- Dinamica Reticolare: Vibrazioni nei cristalli.
- Struttura elettronica dei materiali cristallini.
- Spettroscopia ottica dei cristalli.
- Dinamica degli elettroni.
Parte Seconda: Materiali Molecolari.
- Cristalli molecolari; Interazioni e potenziali intermolecolari.
- Spettroscopia ottica dei cristalli molecolari.
- Semiconduttori organici.
- Cristalli a trasferimento di carica: conduttori organici; superconduttori organici.
- Elettroluminescenza ed effetto fotovoltaico.
Programma esteso
Parte Prima: Nozioni fondamentali della materia condensata.
- Classificazione dei materiali. Cenni su materiali amorfi e cristalli liquidi.
- Lo stato Cristallino. Simmetria Traslazionale e Teorema di Bloch.
- Transizioni di fase di primo ordine e secondo ordine: Teoria di Landau
- Dinamica Reticolare: Modello della catena monoatomica 1-D. Vibrazioni nei Cristalli; Fononi. Capacita' termica: modello di Debye.
- Struttura elettronica dei materiali cristallini. Dall'elettrone libero al modello del tight-binding. Modello di Hubbard.
- Spettroscopia ottica nei solidi: Scattering elastico, anelastico e assorbimento. Regole di selezione dei sistemi periodici.
- Dinamica degli elettroni. Proprieta' di trasporto degli elettroni.
Parte Seconda: Materiali Molecolari.
- Cristalli molecolari; Interazioni e potenziali intermolecolari.
- Spettroscopia ottica dei cristalli molecolari. Dalle molecole ai cristalli molecolari
- Semiconduttori organici: proprietà e applicazioni.
- Cristalli a trasferimento di carica: conduttori organici; superconduttori organici.
- Elettroluminescenza ed effetto fotovoltaico.
Bibliografia
M. Schwoerer and H. C. Wolf, Organic Molecular Solids (Wiley)
P.A. Cox The electronic structure and chemistry of solids (Oxford Science)
J. D. Wright, Molecular Crystals (Cambridge University Press) - capitoli selezionati
C. Kittel, Introduzione alla fisica dello stato solido (Casa Editrice Ambrosiana) - capitoli selezionati
Viene fornita una serie di dispense sulla prima parte del corso,
e suggeriti articoli scientifici e review sulla seconda parte.
Metodi didattici
Il corso di 48 CFU utilizzerà prevalentemente lezioni frontali e lezioni di stampo euristico socratico per stimolare gli studenti nel seguire puntualmete gli argomenti trattati.
Nella seconda parte del corso si fara' uso anche di lezioni laboratoriali.
Modalità verifica apprendimento
Esame orale per la verifica delle conoscenze, della capacità di comprensione e della capacita' critica, La prova si articola in due domande, una specifica su un argomento a scelta dello studente che deve essere approfondita e organizzata dallo studente stesso e una seconda di carattere piu' generale relativa alle nozioni di base della fisica dello stato solido.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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