Corso di laurea in Scienza dei Materiali
Corso di laurea in Scienza e Tecnologia dei Materiali

Introduzione alle teorie elettroniche dei solidi: superamento dei problemi e limiti del modello dell'elettrone libero, considerazioni su periodicità, condizioni di diffrazione e zone di Brillouin, enunciato del Teorema di Bloch e loro conseguenze. Modello a bande  semplificato di Kronig-Penney: derivazione,  conseguenze, distinzione tra metalli, isolanti e semiconduttori con  illustrazione della forma delle bande in alcuni casi esemplari. Relazione tra proprietà macroscopiche dei materiali e la loro struttura elettronica.

Semiconduttori: dalla descrizione in termini della teoria delle bande alla ionizzazione termica delle impurezze nei semiconduttori estrinseci; esempi di semiconduttori, difettivi e per impurezza, loro assorbimenti caratteristici:  assorbimento fondamentale diretto e indiretto, assorbimento da parte di difetti e impurezze, da parte di portatori liberi di carica, eccitonico, reticolare, esempi. Metodi di fabbricazione ed applicazioni,  giunzioni p-n e loro applicazioni

Difetti di stechiometria nei solidi: introduzione, termodinamica delle fasi non stechiometriche, calcolo della pressione necessaria per avere una certa deviazione dalla stechiometria per un dato disordine intrinseco. Range di esistenza delle fasi non stechiometriche, ordinamento di difetti con o senza segregazione di nuove fasi, esempi ed applicazioni di composti non stechiometrici.

Proprietà dielettriche ed ottiche dei materiali. Costante e funzione dielettrica per isolanti in campi statici e alternati, profondità di penetrazione e riflettività.  Teorie per l’interpretazione delle proprietà ottiche dei metalli ed esame di alcuni esempi di spettri ottici di metalli puri. Proprietà ottiche di piccole particelle metalliche messe a confronto con i metalli massivi, frequenza di risonanza plasmonica. Illustrazione di esempi. Applicazioni delle proprietà ottiche dei materiali: conversione fototermica e fotovoltaica dell’energia solare.

Piccole particelle metalliche supportate utilizzate come catalizzatori: effetti dovuti a piccole dimensioni, morfologia, interazione con il supporto; esempi di applicazioni: nelle reazioni di  produzione e purificazione di H₂ per l’alimentazione di celle a combustibile (elementi costitutivi e principi di funzionamento), in dispositivi per l’abbattimento degli inquinanti emessi da motori a combustione interna  (marmitte catalitiche, principi di funzionamento).

Superconduzione: proprietà fenomenologiche, effetto isotopico in superconduttori a bassa temperatura critica (TC) a base di metalli e leghe. Teoria BCS per superconduttori a bassa TC. Ossidi cuprati difettivi come superconduttori ceramici ad alta TC: relazioni struttura proprietà elettriche, collegamento tra deviazione dalla stechiometria e variazione TC. Fallimento teoria BCS e possibili interpretazioni del fenomeno. Applicazioni.

Introduzione alla proprietà magnetiche dei materiali, approccio classico e fenomenologico, diamagnetismo, paramagnetismo. Tipi di materiali che presentano ordine magnetico, ferromagnetismo, antiferromagnetismo, ferrimagnetismo. Cenni ad un approccio quantomeccanico.

Esperienza di laboratorio tramite microscopia elettronica, spettroscopia FT-IR e UV-Vis in riflettanza diffusa su di un campione a base di nanoparticelle metalliche supportate su di un ossido semiconduttore micro/nano cristallino: determinazione dell’energy gap del semiconduttore, dell’effetto di eventuale difettosità sulla sua posizione, evidenza spettroscopica e microscopica della presenza di nanoparticelle metalliche, e loro effetto sulla reattività superficiale del campione nei confronti di molecole in fase gassosa...