66176 - CHIMICA FISICA DEI MATERIALI FUNZIONALI M

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.

Contenuti

Il corso si propone di descrivere le origini molecolari e le applicazioni tecnologiche di alcune significative proprietà dei materiali. In particolare viene approfondita la relazione fra struttura molecolare e   proprietà macroscopiche, utilizzando tecniche di simulazione al calcolatore e alcune importanti tecniche di caratterizzazione e di indagine della struttura e della dinamica dei materiali.

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, materiali per l'elettronica organica) e sulle loro transizioni di fase. Esempi dell'utilizzo di vari tipi di materiali molecolari in applicazioni avanzate: display a cristalli liquidi, filtri ottici speciali, attuatori ad elastomeri.

·      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 (sfere dure, sfere adesive, Lennard-Jones). Interazioni elettrostatiche, induttive e dispersive (polarizzabilità ).

·      Relazione fra struttura (potenziale intermolecolare) e proprietà macroscopiche (organizzazione molecolare ecc.).  Metodi di simulazione al calcolatore della struttura e delle proprietà di fasi condensate. Metodo Monte Carlo (MC): basi teoriche, diagramma di flusso, applicazione a fasi condensate e materiali (es. determinazione di ordine, fluidità, transizioni).  La tecnica Molecular Dynamics (MD): introduzione, 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. Proprietà elettriche 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.

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

Testi/Bibliografia

 

Una copia delle slides verra' distribuita prima di ogni gruppo di lezioni.

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 (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 e valutazione dell'apprendimento

Esame orale finale

Strumenti a supporto della didattica

Lavagna e videoproiettore

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Claudio Zannoni