CHIMICA FISICA DEI MATERIALI INNOVATIVI

CHIMICA FISICA DEI MATERIALI INNOVATIVI

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Codice
39621
ANNO ACCADEMICO
2021/2022
CFU
4 cfu al 1° anno di 9018 SCIENZE CHIMICHE (LM-54) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
CHIM/02
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (SCIENZE CHIMICHE )
periodo
2° Semestre
materiale didattico

PRESENTAZIONE

L'insegnamento introduce lo studente alla comprensione dei meccanismi chimico fisici alla base del funzionamento di materiali innovativi inorganici con proprietà optoelettroniche e di trasporto (elettroni, ioni, calore). 

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L’insegnamento si propone di fornire allo studente una generale comprensione delle proprietà chimico fisiche di diverse classi di materiali inorganici innovativi per l’energia. Scopo dell’insegnamento è quello di fornire allo studente gli strumenti per comprendere le basi chimico fisiche e le correlazioni tra struttura, microstruttura e le proprietà di trasporto ed elettroniche esistenti in materiali inorganici che rappresentano l’attuale stato dell’arte per la conversione, l’immagazzinamento e l’harvesting dell’energia.

 

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L’insegnamento si propone di fornire allo studente una generale comprensione delle proprietà chimico fisiche di diverse classi di materiali inorganici innovativi per la conversione, l’immagazzinamento e l’harvesting dell’energia. Scopo dell’insegnamento è quello di fornire allo studente gli strumenti per comprendere le basi chimico fisiche e le correlazioni tra struttura, microstruttura e le proprietà di trasporto ed elettroniche esistenti in materiali inorganici per l’energia che rappresentano l’attuale stato dell’arte, quali quelli utilizzati ad esempio in LED, celle solari, celle a ossidi solidi e generatori termoelettrici.

Al termine dell’insegnamento lo studente avrà sviluppato conoscenze nel campo della chimica fisica dei materiali per l’energia; avrà applicato e rielaborato concetti base precedentemente acquisiti nello studio della chimica fisica; sarà in grado di mettere in relazione le proprietà strutturali e le proprietà di trasporto dei materiali in alcuni casi semplici; avrà appreso i principi sui quali si basa il funzionamento dei principali dispositivi optoelettronici, elettrochimici allo stato solido e termoelettrici, e il ruolo dei materiali al loro interno; avrà compreso lo sviluppo del lavoro di ricerca alla base dell’ottimizzazione delle proprietà dei materiali studiati.

PREREQUISITI

Conoscenze di base di chimica inorganica e chimica fisica

Modalità didattiche

L'insegnamento si compone di lezioni frontali suddivise tra i due docenti per un totale di 32 ore.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Introduzione

  • Strutture cristalline di interesse: la fluorite, la perovskite, la skutterudite.
  • I difetti e il loro ruolo nelle proprietà ottiche e di trasporto dei materiali: difetti puntuali, dislocazioni, difetti estesi.
  • Cenni sulla struttura a bande dei materiali inorganici.

Le proprietà optoelettroniche dei materiali

  • Meccanismi di assorbimento, eccitazione ed emissione
  • Proprietà ottiche di alcuni metalli di transizione. Luminescenza dei lantanidi
  • Dal bulk al nano. Effetti di confinamento quantico (quantum well, quantum wire, quantum dot). 
  • Dispositivi. Funzionamento (cenni) e scelta del materiale più appropriato per celle solari, concentratori solari luminescenti (LSC), LED, schermi, scintillatori, laser.

Le proprietà di trasporto dei materiali: trasporto di elettroni, di ioni e di calore

  • Le celle a ossidi solidi: cenni storici e principi di funzionamento
  • Materiali per elettrodi ed elettroliti in celle a ossidi solidi: correlazione tra struttura cristallina e proprietà
  • La termoelettricità: cenni storici e principi fisici alla base del fenomeno
  • Materiali per generatori termoelettrici: correlazione tra struttura cristallina e proprietà

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Tutte le slides utilizzate saranno disponibili su aulaweb a partire dal giorno della lezione. 

Tale materiale sarà sufficiente per la preparazione dell'esame.

I libri sotto indicati sono suggeriti come testi di approfondimento:

- M. Grundmann, The Physics of Semiconductors: an introduction including nanophysics and applications, IV Edition Springer 2021.

- D.M. Rowe, Thermoeletrics handbook, Macro to Nano, CRC press Taylor & Francis 2006.

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Sempre, su appuntamento. Il ricevimento sarà effettuato preferenzialmente in presenza ovvero in modalità telematica se richiesto.

Ricevimento: Sempre, su appuntamento.

LEZIONI

Modalità didattiche

L'insegnamento si compone di lezioni frontali suddivise tra i due docenti per un totale di 32 ore.

INIZIO LEZIONI

Dal 28 Febbraio 2022 (secondo l'orario riportato sul sito https://chimica.unige.it/didattica/orari_SC  e/o https://corsi.unige.it/9018/p/studenti-orario)

ESAMI

Modalità d'esame

L'esame consiste in una prova orale della durata minima di 30 minuti volta alla verifica dell'apprendimento degli argomenti trattati nell'insegnamento.

Modalità di accertamento

I dettagli sulle modalità di preparazione per l'esame e sul grado di approfondimento di ogni argomento verranno dati nel corso delle lezioni. 

L'esame orale verterà sugli argomenti trattati durante le lezioni frontali e avrà lo scopo di accertare sia il livello di conoscenze maturate dallo studente sia la capacità di analizzare criticamente i problemi relativi alla progettazione dei materiali oggetto dell'insegnamento