Obiettivi formativi
Conoscenza e capacità di comprensione: Fornire agli studenti i concetti base di reattività e proprietà delle superfici con particolare riferimento alle nuove tecnologie per la preparazione dei materiali. Illustrare le principali tecniche analitiche per caratterizzare superfici ed interfasi e le loro peculiarità.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate: lo studente verrà messo i grado di comprendere alcuni dei processi produttivi che caratterizzano i nuovi materiali quali il “cristallo” Swarovski, la tecnologia delle lenti multistrato, i materiali compositi e multistrato per l’ industria chimica, elettronica e meccanica.
Abilità comunicative: visto il livello ed il semestre di collocazione e la probabile numerosità del corso le abilità comunicative verranno stimolate attraverso il continuo dialogo con gli studenti stimolando la proposizione di soluzioni autonome ed originali alle problematiche via via affrontate.
Capacità di apprendere: gli studenti verranno stimolati con la lettura di articoli scientifici riguardanti il programma del corso e chiedendo loro sintesi evidenziando i punti di forza e debolezza
Prerequisiti
Conoscenza della chimica analitica strumentale
Contenuti dell'insegnamento
I contenuti del corso riguarderanno gli aspetti analitici correlati allo studio delle superfici ed interfasi.
All’interno del corso verranno forniti esempi applicativi relativi alle attuali tecnologie in uso nell’ industria chimica elettronica e meccanica avanzate.
Il corso si articola nei seguenti punti:
-Definizioni di interfase e superficie
-Metodi classici e moderni per lo studio delle interfasi
-Attacchi chimici selettivi e non selettivi
-Tecniche di deposizione di layers
-Caratterizzazione delle superfici ed interfasi
-Tecniche di microscopia
-Fondamenti di spettroscopie di elettroni
-Spettroscopie di ioni -Fondamenti di ellissometria
-Tecniche per la determinazione di nanoparticelle.
Programma esteso
- Definizioni di interfase e superficie: materiali bulk e multilayers, tipi di interfasi, definizioni funzionali, spessore della regione di interfase e proprietà collegate, fenomeni e processi coinvolgenti superfici ed interfasi, proprietà principali delle interfasi e loro classificazione.
- Metodi classici e moderni per lo studio delle interfasi: informazioni ottenibili e campo di applicabilità, esempi di reazioni, valutazione delle caratteristiche funzionali, metodi di modifica o preparazione di una superficie, tecniche di attacco e di deposizione.
- Attacchi chimici selettivi e non selettivi: tecniche di attacco, cenni di composizione di miscele di attacco selettivo e non selettivo, funzione dei vari componenti e diagrammi di composizione ternari, effetto della temperatura e della viscosità, attacchi chimici fotoattivati.
- Tecniche di deposizione di layers: principali metodi di deposizione chimica e fisica, vantaggi , limitazioni e campo di applicabilità, cenni di tecnologia del vuoto.
- Caratterizzazione delle superfici ed interfasi: metodi di caratterizzazione morfologica e chimica, caratterizzazione morfologica, principali difetti di punto e di superficie, difetti localizzati ed estesi, propagazione dei difetti nell’ interfase, caratterizzazione chimica, inomogeneità composizionale, impurezze microprecipitati e decorazioni.
- Tecniche di microscopia: Interazione tra particelle e materiali; profondità di penetrazione nell’interfase, diffusione e retrodiffusione, risoluzione laterale ed assiale, microscopia ottica, microscopio metallografico, sistemi di illuminazione, parametri fondamentali in microscopia ottica, principali aberrazioni del sistema ottico, microscopia in campo chiaro e campo scuro, microscopia in luce monocromatica e in luce polarizzata, utilizzo combinato di microscopia ottica e attacchi chimici selettivi, l’ analisi quantitativa in microscopia ottica, principi di sistemi di acquisizione dei dati e digitalizzazione dell’ immagine, i sistemi di riconoscimento automatico esperti e non esperti, microscopia elettronica a scansione, principi di strumentazione e parametri fondamentali, l’ ingrandimento massimo, tipi di campioni analizzabili e loro preparazione, sistemi di rivelazione, tipi di informazioni ottenibili, la microsonda a fluorescenza X, rivelatore a dispersione di energia, esempi applicativi, microscopia a forza atomica e profilometria.
- Fondamenti di spettroscopie di elettroni: fondamenti di spettroscopia Auger, principi di strumentazione, campo di applicazione e principali differenze con la microsonda-X, ottenimento di profili di composizione, esempi applicativi, cenni alle altre spettroscopie di elettroni (ESCA, UPS), utilizzo combinato della microscopia elettronica, della fluorescenza X e della spettroscopia Auger.
- Spettroscopie di ioni: laser ablation ICP-MS, la spettroscopia di ioni secondari (SIMS), principi di
strumentazione, tipi di sorgenti utilizzate; analisi qualitativa e quantitativa, la preparazione degli standard, profili di concentrazione, i problemi connessi alla ripetibilità dell’ analisi.
- Fondamenti di ellissometria: ellissometria, principi di funzionamento e tipi di apparecchiature, la spettroscopia ellissometrica, informazioni ottenibili; l’acquisizione e il trattamento dei dati, il modello ellissometrico e le sue approssimazioni nei sistemi reali.
- Tecniche per la determinazione di nanoparticelle:cenni di light-scattering, one particle ICP-MS, tecniche di frazionamento in campo flusso, strategie di calibrazione bidimensionale.
Bibliografia
T.G. Rochow and E.G. Rochow, An introduction to microscopy by means
of Light, Electrons, X-ray or ultrasound - Plenum press NYC ISBN 0-306-
31111-9
Surface and Thin film analysis: principles, instrumentation, applications;
H. Hubert and H. Jenett eds - Wiley-VCH Verlag, Weinheim (D), electronic
ISBN 3-527-60016-7
R. Kellner J.M. Mermet, M. Otto, H.M. Widmer (Eds), Analytical Chemistry
(chapter 10) - Wiley-VCH (ISBN 3-527-28881-3)
Metodi didattici
Lezioni frontali ed esercitazioni (6 crediti)
Modalità verifica apprendimento
esame orale. Al candidato verranno sottoposte di norma 3 domande su 3 argomenti diversi del corso. Qualora il candidato trovi difficoltà verranno proposte ulteriori domande fino ad un massimo di 5 totali. La votazione verrà assegnata in base al livello di comprensione e di approfondimento scaturito dalla risposta dello studente: comprensione piena e approfondimenti personali su tutti gli argomenti: 30 e lode, ottima comprensione su tutti gli argomenti 28-30, comprensione buona su tutti gli argomenti o ottima su almeno 2 e discreta/sufficiente sul terzo 27-26, comprensione discreta su tutti gli argomenti o buona su almeno 25-23, comprensione sufficiente
