66176 - CHIMICA FISICA DEI MATERIALI FUNZIONALI M

Scheda insegnamento

  • Docente Claudio Zannoni

  • Crediti formativi 6

  • SSD CHIM/02

  • Modalità di erogazione In presenza (Convenzionale)

  • Lingua di insegnamento Italiano

Anno Accademico 2014/2015

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente ha competenze per razionalizzare in termini molecolari le proprietà di vari materiali (in particolare: cristalli liquidi, micelle, vetri, colloidi, polimeri, film sottili, materiali nanoporosi) e ne conosce le applicazioni tecnologiche (es. in displays LCD, termografia, elettronica organica, celle solari, sensori, fotonica). Ha inoltre familiarità con tecniche di caratterizzazione (ottica, calorimetria, raggi X), di modellistica e di simulazione al calcolatore.

Programma/Contenuti

Il programma prevede i seguenti argomenti:

· Richiami sulla struttura e sull'ordine molecolare delle varie fasi della materia condensata e di vari materiali (solidi cristallini, liquidi, cristalli liquidi, materiali nano e mesoporosi, micelle e membrane, vetri, polimeri speciali, semiconduttori organici) e sulle loro transizioni di fase. Esempi dell'utilizzo di vari tipi di materiali molecolari in applicazioni avanzate: display a cristalli liquidi, componenti per la fotonica, attuatori ad elastomeri, catalisi ecc.

· Modellistica molecolare. Forze fra molecole e fra particelle colloidali. Interazioni attrattive e repulsive. Effetti del tipo di interazione e del suo raggio di azione sui possibili stati di aggregazione della materia (esistenza di liquidi, stati colloidali ecc.). Potenziali empirici di coppia (sfere dure, sfere adesive, secondo coefficiente del viriale, Lennard-Jones). Interazioni elettrostatiche (dipoli, quadrupoli ecc. da espansione in multipoli), interazioni induttive e dispersive (polarizzabilità ).  Relazione fra struttura e proprietà macroscopiche.

Metodi di simulazione al calcolatore della struttura (organizzazione molecolare ecc.) e delle proprietà di fasi condensate. Metodo Monte Carlo (MC): basi teoriche, diagramma di flusso, applicazione a materiali (es. determinazione di ordine, distribuzioni radiali, transizioni di fase). La tecnica Molecular Dynamics (MD): introduzione, equazioni di Newton e loro integrazione, implementazione pratica, applicazioni a vari materiali. Differenze fra MC e MD. Visualizzazione con tecniche di computer graphics di organizzazioni e traiettorie molecolari.

· Caratterizzazione dielettrica dei materiali. Componenti reale e immaginaria della suscettivita' dielettrica e loro relazione con la struttura molecolare. Dispersione dielettrica e sua dipendenza dalla frequenza (da basse frequenze alle microonde). Cenni di Teoria della Risposta lineare. Funzioni di correlazione rotazionale dei dipoli. Grafici Cole-Cole. Applicazioni

· Materiali per l'elettronica organica e loro applicazioni. Cenni su semiconduttori, transistors, Light Emitting Diodes (LED), Celle Solari Organiche. Applicazioni

Testi/Bibliografia

Una copia a stampa delle slides e ove necessario di altri documenti verra' distribuita prima di ogni gruppo di lezioni. Il materiale distribuito e' piu' che sufficiente per la verifica finale per gli studenti che seguono le lezioni. Per approfondimenti

I. W. Hamley, Introduction to Soft Matter : Polymers, Colloids, Amphiphiles and Liquid Crystals , Wiley (2007)

R. A. Jones, Soft Condensed Matter (Oxford University Press, Oxford, 2002)

D. Frenkel and B. Smit, Understanding Molecular Simulations. From Algorithms to Applications, Academic Press, San Diego,1996.

P. Pasini and C. Zannoni, Advances in the Computer Simulations of Liquid Crystals, Kluwer, Dordrecht, 2000.

H. J. C. Berendsen , Simulating the Physical World. Hierarchical Modeling from Quantum Mechanics to Fluid Dynamics, Cambridge U.P., Cambridge, 2007.

Metodi didattici

Il corso e' basato su una serie di lezioni frontali

Modalità di verifica dell'apprendimento

Il raggiungimento degli obiettivi didattici verra' valutato con un esame orale sui temi trattati a lezione

Strumenti a supporto della didattica

Lavagna e videoproiettore. Presentazioni Powerpoint

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Claudio Zannoni