58132 - CHIMICA FISICA DEI MATERIALI L

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente possiede la capacità di razionalizzare in termini molecolari le proprietà di vari materiali (es. cristalli liquidi, micelle, vetri, colloidi, polimeri, materiali nanoporosi). Sono introdotte tecniche di caratterizzazione (ottica, calorimetria, raggi X) e di simulazione al calcolatore.

Contenuti

Stati della materia condensata e materiali: descrizione qualitativa della struttura e delle principali proprietà delle varie organizzazioni della materia in termini di ordine molecolare. Cristalli e loro principali proprietà ottiche (birifrangenza) e meccaniche (modulo di Young). Liquidi (fluidità). Cristalli liquidi e loro applicazioni tecnologiche: nematici (display e schema del loro funzionamento); colesterici (termografia); smettici (display a memoria); discotici (fili molecolari). Fasi liotropiche e sistemi autoassemblanti. Zeoliti.  Auto-assemblaggio di micelle e sistemi liotropici. Micelle, liposomi, bilayers. Polimeri. Elastomeri. Colloidi.

Interazioni intermolecolari.  Interazioni elettrostatiche (carica, dipolo, quadrupolo). Forze di induzione e di dispersione. Potenziali empirici a sfere dure, a buca quadrata, Lennard-Jones. Legame idrogeno. Interazioni  idrofobiche. Importanza relativa dei vari tipi di interazione  e  influenza  sugli stati di aggregazione della materia.

Proprietà  dielettriche  dei materiali.  Materiali dielettrici, introduzione ai meccanismi di polarizzazione, costante dielettrica e indice di rifrazione, dipendenza dalla frequenza della costante dielettrica. Materiali ferroelettrici, piezoelettrici.

Proprietà  magnetiche  dei  materiali. Materiali magnetici: classificazione e origine delle proprieta' diamagnetiche e paramagnetiche. Materiali ferromagnetici.

Transizioni di fase. Diagrammi di fase. Transizioni  di fase e loro classificazione (Ehrenfest e Landau - deGennes).  Applicazioni di solventi supercritici. Metastabilità. Stato vetroso e transizione vetrosa.

Interazioni  colloidali. Interazione fra particelle colloidali. Stabilità dei colloidi. Modello di Hamaker. Cenni alla  teoria di  Lifshitz. Teoria del doppio strato elettrico. Equazione di Gouy Chapmann e  approssimazione di Debye‐Hückel.  Potenziale Z. Cenni di teoria DLVO.

Diffrazione di raggi-X. Reticoli cristallini e indici di Miller. Legge di Bragg. Spettri di monocristalli e di polveri. Spettri a raggi-X di vetri, polimeri e materiali amorfi.

Relazione tra proprietà microscopiche e  macroscopiche: cenni di modellazione e simulazione al calcolatore. Descrizione essenziale delle tecniche Monte Carlo e Molecular Dynamics ed esempi di applicazione alla progettazione di nuovi materiali molecolari.

Testi/Bibliografia

Il materiale distribuito e' sufficiente per la verifica finale. Per approfondimenti:

I. W. Hamley, Introduction to Soft Matter: Polymers, Colloids, Amphiphiles and Liquid Crystals , Wiley (2000)

R. Pashley and M. E. Karaman, Applied Colloid and Surface Chemistry,  Wiley (2004)

Metodi didattici

Durante le lezioni verranno affrontati i principi della chimica fisica dei materiali ponendo particolare attenzione alle applicazioni. Ogni argomento teorico sarà  affiancato da  esempi/esercizi.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Un elaborato scritto in cui viene chiesto di discutere uno o piu' degli argomenti presentati a lezione, seguito da un breve orale, come parte dell'esame complessivo di Chimica Fisica.

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore, PC, lavagna luminosa. Vengono forniti agli studenti le fotocopie delle lezioni presentate.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Silvia Orlandi