FUNCTIONAL MATERIALS

Crediti: 
9
Settore scientifico disciplinare: 
CHIMICA INDUSTRIALE (CHIM/04)
Anno accademico di offerta: 
2017/2018
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Lingua di insegnamento: 

Inglese

Obiettivi formativi

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.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate -
Lo studente dovrà essere in grado di applicare le conoscenze teoriche acquisite per utilizzarle in ambito lavorativo nel campo dei materiali con particolare riferimento alla capacità di progettare un materiale in funzione dell'applicazione richiesta.
Lo studente dovrà essere inoltre in grado di:
a) memorizzare una serie di nozioni fondamentali (capacità di apprendere)
b) correlarle fra loro (autonomia di giudizio)
c) utilizzarle come base teorica per affrontare argomenti di natura chimica e ambientale non necessariamente trattati nel corso ma ad esso attinenti (autonomia di giudizio)
d) esporle in modo organico utilizzando un linguaggio scientifico appropriato (abilità comunicative)

Prerequisiti

Conoscenze di base di chimica dei polimeri, chimica organica e chimica fisica.

Contenuti dell'insegnamento

Finalità del corso
I materiali rappresentano uno dei settori avanzati della ricerca di base ed applicata in campo chimico. Attraverso lo studio di alcune 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).
Il corso parte con una introduzione al concetto di self-assembly e le sue implicazioni nel settore dei materiali.
Cristalli liquidi: definizione, proprietà fisiche, tipo di mesofase, sintesi, caratterizzazione, proprietà ottiche ed elettriche, polimeri LC. Applicazioni: LCD, termocromismo, TV piatte, displays, etc.
Polimeri speciali: polimeri conduttori, polimeri biodegradabili e polimeri supramolecolari. Per ogni classe si svilupperanno la progettazione, la sintesi, le proprietà chimico fisiche e le applicazioni.

Programma esteso

I materiali rappresentano uno dei settori avanzati della ricerca di base ed applicata in campo chimico. Attraverso lo studio di alcune 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.

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, OLDS, etc.
Polimeri autoriparanti ed autodiagnostici
Introduzione delle funzionalità richieste. Rapporto proprietà -struttura e proprietà-morfologia. Applicazioni nel settori dei materiali compositi.
Polimeri biodegadabili: progettazione, sintesi, fonti naturali come feedstock, proprietà meccaniche e di biodegradabilità.

Bibliografia

Dispense e tutorials forniti dal docente

Metodi didattici

Il corso si svolge in 72 ore di lezioni frontali con tutorials guidati per illustrare l'applicazione dei concetti ai casi reali.

Modalità verifica apprendimento

Esame scritto ed orale
La verifica dell’apprendimento comprende una prova scritta con domande aperte sui principali argomenti presentati nel corso. Questo tipo di verifica permette di determinare sia in valore assoluto che comparativo 1) la padronanza degli argomenti; 2) la capacità di rispondere puntualmente a domande specifiche; 3) la capacità di esposizione; 4) la proprietà del
linguaggio scientifico.
Ad ogni domanda verrà assegnato un punteggio da 0 a 5, eventualmente corretto per un coefficiente di difficoltà dipendente dalla natura della domanda. I singoli punteggi verranno poi sommati e scalati per essere riportati alla votazione in trentesimi.
Ad essa seguirà una prova orale che verterà sulla capacità degli studenti di applicare le nozioni apprese alla risoluzione di problemi reali. Il voto finale sarà la media pesata del voto dello scritto e di quello dell'orale in 30/30.

Altre informazioni

Il materiale didattico è disponibile in rete.
Il docente riceve gli studenti per chiarimenti e discussioni, previo
appuntamento.
Le date degli appelli verranno concordate con gli studenti. Si prevedono almeno 5 appelli per sessione.