CHIMICA FISICA DEI MATERIALI INNOVATIVI

CHIMICA FISICA DEI MATERIALI INNOVATIVI

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iten
Codice
39621
ANNO ACCADEMICO
2017/2018
CFU
4 cfu al 1° anno di 9018 SCIENZE CHIMICHE (LM-54)
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
CHIM/02
SEDE
GENOVA (SCIENZE CHIMICHE )
periodo
2° Semestre

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L’insegnamento, in relazione all’acquisizione delle conoscenze relative all’ambito chimico-fisico, intende fornire gli strumenti affinché lo studente possa acquisire una approfondita conoscenza delle proprietà chimiche e fisiche dei materiali organici coniugati e dei sistemi ibrido/organici. Poiché quest’ultimi costituiscono una classe di materiali dal crescente interesse applicativo/tecnologico per il loro utilizzo nel campo della fotonica, dell’optoelettronica e dell’elettronica a scala molecolare. Inoltre l’insegnamento si prefigge di sviluppare le abilità e le competenze dello studente, mettendolo in grado di elaborare in un approccio multisciplinare i concetti di base precedentemente acquisiti in campo chimico e fisico.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Il corso si propone di fornire allo studente una approfondita conoscenza delle proprietà chimico fisiche dei materiali organici coniugati e sistemi ibrido/organici che costituiscono una classe di materiali dal crescente interesse tecnologico per il loro utilizzo nella fotonica, l’optoelettronica e l’elettronica a scala molecolare. 

Modalità didattiche

Lezioni frontali.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Richiami sui legami chimici e forze intermolecolari.

  • Legame ionico: derivazione costante di Madelung, somma di Ewald.
  • Legame covalente: descrizione secondo il modello MO e VB, teorema variazionale, esempi.
  • Legame metallico.
  • Forze intermolecolari: Keesom, Debye e London. Sviluppo di uno semplice modello per descrivere le forze di interazione di tipo dispersivo.

Trattazione teorica di sistemi coniugati.

  • Hamiltoniane efficaci: significato e derivazione, utilizzo del modello di Huckel per la descrizione di sistemi coniugati, vantaggi e limiti.
  • Effetto Jahn-Teller (cenni).
  • Simmetria (cenni).
  • Interazione elettrone-fonone (cenni).
  • Derivazione della distribuzione di Fermi-Dirac.
  • Derivazione del teorema di block e richiami di concetti tipici della chimica fisica dello stato solido (densità degli stati, reticolo reciproco e zone di Brillouin).
  • Confronto tra l’approccio “bottom up” e  “top down” nella descrizione di un sistema monodimensionale (riferimento ad un sistema coniugato 1D).
  • Proprietà elettroniche di un poliene/annulene infinito: passaggio da metallo a semiconduttore. Distorsione di Peierls. Modello SSH. Sistema coniugato 2D: grafite.

Semiconduttori organici vs inorganici.

  • Proprietà generali,conducibilità, massa efficace, mobilità portatori di carica.
  • Derivazione della legge di azione di massa.
  • Drogaggio, confronto tra il caso del semiconduttore organico ed inorganico.
  • Solitoni, polaroni, bipolaroni ed eccitoni
  • Trasporto di carica nei semiconduttori organici (cenni): sviluppo di un semplice modello per identificare i principali fattori che caratterizzano il processo di trasporto (interfaccia metallo/organico). Importanza dell’organizzazione di bulk e delle interazioni intermolecolari.
  • Potenziali di contatto tra interfacce organico/metallo e organico/semi-conduttore.
  • Dispositivi: OLED e Celle solari. Funzionamento, criteri teorici per la scelta del sistema coniugato da utilizzare nel dispositivo. Esempi di modellizzazione.

In funzione del tempo disponibile nello svolgimento dell'insegnamento potranno essere inclusi anche i seguenti argomenti:

  • Processi dipendenti dal tempo
    • Introduzione: Diagramma di Jablonski
    • Equazione di Schroedinger dipendente dal tempo (cenni).
    • Equazione di liouville e master equation (cenni) .
    • Derivazione della regola d’oro di Fermi: esempi.
    • Funzione di correlazione temporale: esempi.
    • Interazione elettrone-fonone.
  • Processi di trasferimento di energia o di elettroni
    • Teoria di Marcus,
    • Teoria di Foerster e Dexter

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Saranno forniti appunti relativi agli argomenti sviluppati nel corso delle lezioni.

DOCENTI E COMMISSIONI

Massimo Ottonelli

Tutti i giorni, su appuntamento.

Commissione d'esame

MARINA ALLOISIO

MAURIZIO FERRETTI

MASSIMO OTTONELLI (Presidente)

MARINA RUI (Presidente)

LEZIONI

Modalità didattiche

Lezioni frontali.

ESAMI

Modalità d'esame

Orale

Modalità di accertamento

L'esame orale è sempre condotto da due docenti di ruolo ed ha una durata di almeno 30 minuti. Con queste modalità, dato che almeno uno dei due docenti ha esperienza pluriennale di esami nella disciplina, la commissione è in grado di verificare con elevata accuratezza il raggiungimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento. Quando questi non sono raggiunti, lo studente è invitato ad approfondire lo studio e ad avvalersi di ulteriori spiegazioni da parte del docente titolare.