Corso di laurea magistrale - Area di Scienze MM.FF.NN - Accesso libero con verifica di requisiti e preparazione in ingresso - Classe LM SC.MAT - (D.M. 270/2004)
Lingua: Italiano
Informazioni generali
o Classe di Laurea: LM SC.MAT - Scienze e Tecnologie dei Materiali
o Tipologia di corso: Laurea Magistrale
o Durata: 2 anni
o Tipo di accesso: Accesso libero con verifica di requisiti e preparazione in ingresso
o Macroarea di afferenza: Scienze MM.FF.NN.
o Dipartimento: Fisica
o Codice corso: AA1
Descrizione e obiettivi formativi
Il presente Corso di studi in Scienza e Tecnologia dei Materiali (nuova classe di laurea magistrale LM-Sc-Mat) si configura come una trasformazione del precedente Corso afferente alla classe di laurea magistrale di Ingegneria (LM-53), ha l’obiettivo di formare scienziati dei materiali tramite un percorso di formazione interdisciplinare unendo le competenze e le conoscenze della Fisica e della Chimica della materia, nella prospettiva di tecniche e processi di applicazione ingegneristici e offrendo approfondimenti disciplinari finalizzati ad estendere e rafforzare le conoscenze acquisite durante il primo ciclo di studi.
In particolare, vengono approfondite le conoscenze delle proprietà più propriamente fisiche e chimiche dei materiali, delle loro applicazioni in campo biologico, oltre ad elementi degli aspetti ingegneristici legati ai processi di produzione. A questo fine il percorso formativo prevede una pluralità di attività didattiche: dagli insegnamenti frontali, alle attività seminariali, alle ricerche proprie su temi specifici e alla frequenza di laboratori strumentali, facendo ampio ricorso alle strutture di ateneo presso cui si svolge ricerca scientifica su tematiche di Scienza dei Materiali.
La frequenza di laboratori, nei quali gli studenti vengono addestrati a progettare, pianificare ed attuare esperimenti e misure sotto la guida di docenti e all'interno di gruppi di ricerca, ed infine a redigere una tesi originale da sottoporre a pubblica discussione, assicura che al termine degli studi i laureati abbiano acquisito non solo solide conoscenze disciplinari e strumenti per un aggiornamento autonomo, ma anche competenze quali la capacità di gestire contemporaneamente studio e lavoro, la capacità di lavorare in gruppo e di comunicare le proprie conoscenze scientifiche e tecnologiche.
Dato il carattere interdisciplinare del corso di studi, gli studenti apprendono non solo a comunicare e ad interagire con una varietà di interlocutori specialisti ma acquisiscono i presupposti disciplinari e le competenze per insegnare le scienze a livello di scuola secondaria e la chimica e la fisica a livello di secondaria superiore, fatto salvo il percorso formativo per l'abilitazione all'insegnamento secondo la normativa vigente.
A partire dal a.a. 24-25 il corso di studi potenzierà l’internazionalizzazione dell’offerta formativa, rinnovando il percorso di mobilità strutturata finalizzata al rilascio del doppio titolo con l’Università tedesca di Wildau, attualmente sospeso nel a.a. 23-24 per necessità di rinnovo, ed offrendo un ulteriore percorso di mobilità strutturata all'interno del Master Internazionale Erasmus Mundus “GreeNano” finalizzato al rilascio del titolo multiplo.
Insegnamenti
Sbocchi professionali
Chi intraprende il percorso formativo della Laurea Magistrale seguendo la vocazione ad una attività professionale dedicata alla ricerca nei suoi diversi ambiti, può considerare la possibilità di proseguire gli studi con un dottorato di Ricerca, tanto in Scienza dei Materiali quanto in Fisica, Chimica e in Ingegneria. Oltre l’Accademia, il laureato magistrale ha la possibilità di scegliere come sbocco occupazionale l'impiego in un ente di ricerca pubblico o privato in qualità di ricercatore, o di inserirsi in industrie e imprese con ruoli di responsabilità negli ambiti del controllo e assicurazione della qualità, della progettazione e produzione di materiali, nella modellizzazione delle loro proprietà e in processi innovativi di produzione dei materiali ad alto contenuto tecnologico (nanotecnologie, elettronica, ecc.).
Indicatori di efficacia e livello di soddisfazione dei laureandi
Trattandosi, a causa del passaggio alla nuova classe di Laurea LM-Sc-Mat, di un corso di nuova istituzione, non sono presenti statistiche né sulla condizione occupazionale né sulla valutazione della didattica. Vengono rese disponibili le ultime valutazioni disponibili del precedente corso di Laurea Magistrale LM-53
http://statistiche.almalaurea.it/universita/statistiche/trasparenza?CODICIONE=0580207305400004
Valutazione della didattica - Studenti
Anno accademico precedente
Riferimenti web e contatti
Sito Web Macroarea:
http://www.scienze.uniroma2.it/
https://scienze.uniroma2.it/2022/11/01/scienza-e-tecnologia-dei-materiali/
Sito Web Dipartimento di Fisica (sezione sul corso magistrale in scienza e Tecnologia dei Materiali):
https://www.fisica.uniroma2.it/sezioni/didattica/lauree-magistrali/laurea-magistrale-in-scienza-e-tecnologia-dei-materiali/
Coordinatore del Consiglio Corso di Studi:
Prof.ssa Maurizia Palummo
Tel.: 06 7259 4538 E-mail: palummo@roma2.infn.it
Orario di ricevimento:
contattare docente
Segreteria didattica:
Samanta Marianelli
Tel.: +39 06 7259.4849
e-mail: samanta.marianelli@uniroma2.it
I laureati magistrali in Scienza e Tecnologia dei Materiali conseguono i seguenti obiettivi formativi e risultati di apprendimento: • raggiungere conoscenze e competenze fortemente interdisciplinari tra i settori della chimica, della fisica e in parte dell’ingegneria pertinenti ai materiali, finalizzate alla comprensione del comportamento dei materiali e della correlazione tra le loro proprietà, la struttura a varie scale e le metodiche di preparazione impiegate; • preparare e caratterizzare i materiali, esibendo competenze su alcune tecnologie di produzione e manifattura avanzate; • simulare le proprietà dei materiali in specifiche applicazioni; • valutare ed interpretare (se necessario in modo originale) i dati sperimentali ottenuti dalla propria attività in laboratorio, e valutare in modo critico i dati sperimentali ottenuti da altri ricercatori; • proporre e implementare gli strumenti scientifici adatti per caratterizzare le proprietà fisiche, chimiche e chimico-fisiche di diverse classi di materiali; • applicare tecniche e contenuti di carattere avanzato alla formulazione e risoluzione di problemi complessi in varie classi di materiali; • partecipare in modo propositivo allo sviluppo di nuovi materiali per applicazioni in campi diversi, ma sempre con elevato valore aggiunto; • progettare strategie di sintesi e preparazione di materiali a proprietà predeterminate, valutando rischi e costi; • aggiornare le proprie conoscenze sugli sviluppi scientifico-tecnologici relativi ai materiali in modo efficace e continuo attraverso la consultazione di materiale bibliografico, la raccolta e lo studio di articoli scientifici, la consultazione di banche dati. In sintesi, ai Laureati Magistrali è richiesto di applicare le loro conoscenze nella progettazione di materiali partendo dalle strutture atomiche e molecolari che li compongono.
Inoltre, la padronanza del metodo scientifico di indagine e delle strumentazioni di laboratorio deve permettere di ideare, pianificare, progettare e gestire nuovi protocolli anche se non convenzionali.
Inoltre, il livello scientifico e l'approccio ingegneristico nella conoscenza dei materiali devono essere in grado di aiutare a risolvere problemi di particolare complessità.
Le capacità di applicare conoscenze in contesti vari, così come quella di affrontare varie problematiche relative ai materiali, viene conseguita alla fine dei corsi di laboratorio con frequenza obbligatoria e verificata attraverso esami che prevedono relazioni scritte e loro discussione. Il Corso di Laurea Magistrale in Scienza e Tecnologia dei Materiali si colloca nel quadro di riferimento europeo per i Corsi di Studio di secondo ciclo nell'area della Scienza dei materiali.
Il corso è strutturato nel suo complesso per fornire allo studente approfondimenti disciplinari atti ad estendere e rafforzare le conoscenze acquisite durante il primo ciclo di studi.
In particolare, vengono approfondite le conoscenze delle proprietà più propriamente fisiche e chimiche dei materiali, delle loro applicazioni in campo biologico, oltre ad elementi degli aspetti ingegneristici.
Il corso di studi offre una preparazione che tiene altresì conto dell'ampio spettro di competenze scientifiche presenti nell'ateneo.
A questo fine il percorso formativo prevede una pluralità di attività didattiche: dagli insegnamenti frontali, alle attività seminariali, alle ricerche proprie su temi specifici e alla frequenza di laboratori strumentali, facendo ampio ricorso alle strutture di ateneo presso cui si svolge ricerca scientifica su tematiche di Scienza dei Materiali.
La frequenza di laboratori, nei quali gli studenti vengono addestrati a progettare, pianificare ed attuare esperimenti e misure sotto la guida di docenti e all'interno di gruppi di ricerca, ed infine a redigere una tesi originale da sottoporre a pubblica discussione, assicura che al termine degli studi i laureati abbiano acquisito non solo solide conoscenze disciplinari e strumenti per un aggiornamento autonomo, ma anche competenze quali la capacità di gestire contemporaneamente studio e lavoro, la capacità di lavorare in gruppo e di comunicare le proprie conoscenze scientifiche e tecnologiche.
I ruoli che potranno essere loro affidati nel mondo del lavoro saranno collocati negli ambiti della ricerca, dello sviluppo e dell'innovazione industriale dei materiali.
Infine, dato il carattere interdisciplinare del corso di studi, gli studenti che frequentano con assiduità apprendono non solo a comunicare e ad interagire con una varietà di interlocutori specialisti ma acquisiscono i presupposti disciplinari e le competenze per insegnare le scienze a livello di scuola secondaria e la chimica e la fisica a livello di secondaria superiore, fatto salvo il percorso formativo per l'abilitazione all'insegnamento secondo la normativa vigente. Il percorso formativo della laurea magistrale si propone di fornire una preparazione avanzata in vari settori della Scienza dei Materiali, con particolare attenzione ai nuovi materiali per una tecnologia moderna e sostenibile, tanto nei suoi aspetti teorici, quanto in quelli sperimentali e applicativi, sempre fondandosi su una solida padronanza del metodo scientifico di indagine, con conoscenze di argomenti specialistici della recente ricerca sui Materiali. Il percorso formativo prevede quattro tipologie di insegnamenti, con riferimento alle aree di apprendimento, articolati in tre semestri: a.
Metodi e modelli per lo studio dei materiali: insegnamenti dell’area fisica e dell’area chimica che forniscono approfondimento delle conoscenze avanzate in fisica e chimica dei materiali; b.
Materiali inorganici, organici e biologici: insegnamenti dell'area fisica, dell'area chimica e di area biologico/chimica, per lo studio delle proprietà di materiali innovativi ed avanzati, inorganici, organici e biologici; c.
Tecnologia dei materiali: insegnamenti di area ingegneristica, ai fini dell'applicazione e dell'utilizzo dei materiali, comprensiva degli sviluppi più tecnologici; d.
Nanoscienze: insegnamenti dell’area fisica che affrontano le tecniche sperimentali e di calcolo per la investigazione dei materiali. Gli insegnamenti a scelta (12 cfu) e le altre attività tra cui la Tesi (30 CFU al quarto semestre) completano la formazione. Il quarto semestre è dedicato interamente al lavoro di tesi, in preparazione della prova finale
Per essere ammessi al corso di laurea magistrale in Scienza e Tecnologia dei Materiali occorre essere in possesso della laurea, ovvero di altro titolo di studio conseguito all'estero, riconosciuto idoneo. Gli specifici criteri di accesso prevedono, in ogni caso, il possesso di requisiti curriculari e l’adeguatezza della personale preparazione, come di seguito specificato. 1.
Requisiti curricolari: - possesso di una laurea nella classe Scienza dei Materiali (L.
Sc.
Mat.) oppure entrambe le seguenti condizioni: a.
possesso di una laurea in L-27 Scienze e tecnologie chimiche, L-30 Scienze e tecnologie fisiche, L-7 Ingegneria Civile e Ambientale, L-8 Ingegneria dell'Informazione, L-9 Ingegneria Industriale; b.
numero minimo di crediti conseguiti in specifici settori scientifico-disciplinari, come dettagliato nel Regolamento didattico del corso di studi. - conoscenza di una lingua straniera dell’Unione Europea, a un livello almeno pari a B2 del quadro comune europeo di riferimento per la conoscenza delle lingue (QCER).
Gli studenti che accedono al corso di studio con una conoscenza della lingua straniera pari al livello B1 maturano, prima del conseguimento della laurea magistrale, competenze linguistiche di livello B2 attraverso specifiche attività formative previste nell’ambito delle ulteriori conoscenze linguistiche. Ove il curriculum dello studente non soddisfi tali requisiti, lo studente dovrà colmare dette carenze tramite apposite integrazioni curricolari da effettuare prima della verifica della preparazione individuale e prima dell’iscrizione al Corso di studio. 2.
Verifica dell’adeguatezza della personale preparazione: Un’apposita Commissione è preposta alla verifica della sussistenza dei requisiti curriculari e alla valutazione del livello di preparazione, che avverrà attraverso l’esame dei programmi svolti negli insegnamenti riferiti ai Settori Scientifico-Disciplinari di cui al punto 1.b.
ed un colloquio col candidato. Gli argomenti disciplinari ritenuti fondamentali per l’adeguata preparazione dello studente sono indicati in apposito Syllabus nel Regolamento Didattico del Corso di studio, a cui si rimanda per il dettaglio sulle modalità e i criteri di verifica.
Chimica a stato solido 2 Sezione teorica -Fapsamental concetti in termodinamica chimica. Potenziali termodinamici dei sistemi multi-componenti. Potenziale chimico; fugacità; attività. Gibbs Duhem Equation. Reazioni chimiche. -Thermodinamica delle interfacce: modello di interfaccia di Gibbs; Eccesso di energia libera di un'interfaccia; quantitativi in eccesso relativi; isotermo di adsorbimento (Gibbs); tensione superficiale. Approccio nato-poppa. Giovane equazione di laplace. Forma di equilibrio di un cristallo: il teorema del wulff. -G-x diagrammi. Il modello di Bragg e Williams. Teoria Chan-Hilliard per l'energia libera dei sistemi non-omogenei (due componenti). La decomposizione spindale. Cinetica della decomposizione spinodale. -Fase Transitions: teoria classica della nucleazione; aspetti termodinamici e cinetici; nucleazione omogenea ed eterogenea; Legge sulla crescita dei nuclei. Nucleazione atomica: equazioni del tasso. Phase Transition Kinetics. Sezione sperimentale Il corso introduce lo studente alla sintesi di materiali inorganici utilizzando una serie di tecniche. I seguenti metodi sono trattati: metodi di flusso, metodi idrotermali, trasporto di vapore chimico, cvd, sol-gel, metodi precursore, intercalation, chimica morbida, metodi elettrochimici. I materiali sono realizzati in diverse forme da materiali amorfi e cristalli singoli a nanomateriali e film sottili. In particolare studierà metodi usando: Reazioni a stato solido Formazione di solidi dalla fase del gas Formazione di solidi da soluzioni e si scioglie Particolare attenzione sarà data alla sintesi dei nanomateriali Esperienze di laboratorio -CVD Sintesi di Diamond, Nanodiamond, -CVD Sintesi di nanotubi di carbonio e grafene -Chm Sintesi di nanoparticelle plasmiche -Chm Sintesi di Ferrofluids
Introduzione ai materiali 2D dal grafene e materiali del gruppo IV, al nitruro di boro esagonale, ai calcogenuri di metalli di transizione e così via. Approcci semi-empirici come il tight-binding per lo studio delle proprietà elettroniche di materiali 2D in funzione della composizione chimica, numero di layer, impacchettamento e stress: esempi grafene, bilayer di grafene, nitruro di boro esagonale e MoS2. Approcci ab-initio basati sulla teoria del funzionale densità per il calcolo delle proprietà elettroniche ed ottiche Ruolo degli effetti a molti corpi. Effetti eccitonici. Approcci sperimentali per la crescita e la caratterizzazione di materiali 2D. Esempi di applicazione dei materiali 2D in vari campi scientifici e tecnologici Discussione di alcuni degli articoli scientifici più importanti del settore
Il corso è articolato sullo studio di materiali avanzati, sostenibili, multifunzionali e smart materials, nello scenario di Industria 4.0 e al relativo trasferimento tencologico. Si partirà con lo studio dei materiali compositi e nanocompositi a matrice polimerica, con particolari proprietà funzionali: materiali autodiagnosticanti, autoriparanti, Si proseguirà con lo studio dei materiali elastomerici e loro applicazioni industriali con particolare attenzione al caso delle produzione di pneumatici. Si tratteranno poi i materiali polimerici sostenibili, e bio-based ibrdidi e compositi innovativi per additive manufacturing (3d printing). Si terminerà con cenni ai sistemi e delle metodologie industriali di rivestimento via termspruzzatura e deposizione da fase vapore. In dettaglio il programma sarà il seguente: 1. Materiali compositi: materiali compositi a matrice polimerica (PMC), principali tipi di rinforzi e di matrici, compositi a fibre lunga, fibra corta , particellari, nanocompositi, micromeccanica dei compositi unidirezionali e particellari, cenni alla teoria della lamina e del laminato. Case hystories industriali. 2. Materiali Avanzati Polimeri bio-based Materiali autodiagnosticanti estrinseci (con sensori embedded) e intrinseci, materiali autoriparanti, autopulenti (con pigmenti fotocatalitici), stimuli responsive (in grado di modificare il proprio stato sotto stimolo esterno), a memoria di forma (sia metallici che polimerici). Concetti di compatibilità chimica, dispersione e funzionalizzazione di nanocariche, bagnabilità di superfici. 3. Materiali Elastomerici Materiali elastomeri e fillers, mescole elastomeriche, vulcanizzazione, correlazione tra le proprietà degli elastomeri e le proprietà tribologiche delle gomme, processi di produzione ndustriali delle gomme, metodi di caratterizzazione, applicazioni nel settore automobilistico. 4. Nuovi materiali per l'additive manufacturing (3d printing): progettazione e selezione dei materiali, processi di stampa 3d a filo e SLA. Stampa di Materiali Polimerici (termoplastici, tecnopolimeri, termoindurenti), Ceramici, Compositi ed Elastomeri. Applicazioni in campo aerospaziale. 5. Ingegneria delle superfici: processi di termo spruzzatura (plasma spray, flame spray, arc spray, ecc.), cenni ai processi di deposizione da fase vapore. Cenni di Tribologia Esempi di applicazioni Industriali dei coatings: barriere termiche, rivestimenti trasparenti conduttori, rivestimenti antiusura e modificatori di attrito. Case hystories industriali, con particolare riferimento al settore aerospaziale. 6. Esperienza di laboratorio: 1.realizzazione di un materiale composito via vacuum bagging, 2.studio del ciclo di vulcanizzazione di mescole elastomeriche 3. stampa 3d di un componente in materiale polimerico
La tecnologia dell’optoelettronica organica si basa su nuovi materiali semiconduttori basati su composti del carbonio come molecole organiche o polimeri. Questi materiali possono essere sintetizzati in modo da controllarne diverse proprietà semiconduttive utili per applicazioni come la luminescenza (LED), il trasporto e la mobilità di carica (transistor), l’assorbimento di luce (photodiodi e celle fotovoltaiche), e la modulazione di tali proprietà dovute a sollecitazioni esterne (es. sensori di gas e pressione). Inoltre questi materiali non solo hanno una flessibilità meccanica intrinseca ma hanno anche la possibilità di essere depositati su larga area mediante semplici tecniche di evaporazione (per piccole molecole) o di stampa (per i polimeri solubili in solventi organici) come l’ink jet printing o la serigrafia sia su substrati rigidi che flessibili. È per questo che tale tecnologia è anche conosciuta come “plastic” o “printed” elettronics. Dopo una introduzione alla chimica organica e alla descrizione quantistica delle molecole e dei composti organici, il corso esplicherà il funzionamento e le architetture dei dispositivi optoelettronici a semiconduttori organici, in particolare gli Organic (o Polymer) Light Emitting Diodes (OLED, PLED), Organic Thin Film Transistors (OTFT), Organic Solar Cells (OSC), Dye Solar Cells (DSC), sensori organici e dispostivi piezoelettrici. Successivamente si studierà il funzionamento, la progettazione e le tecniche realizzative di applicazioni in via di sviluppo basate su questi dispositivi come i Flat Panel Displays OLED (oggi già in commercio come schermi di MP3 players e telefoni cellulari), la carta elettronica (E-Paper- con il case study della Plastic Logic Ltd), chip RFID, Sensori di gas o di pressione, photodetector arrays e moduli fotovoltaici. Vi sarà una parte del corso dedicata ad esperienze in laboratorio dove verranno investigati i metodi di indagine sperimentale per la caratterizzazione dei materiali organici (caratterizzazione morfologica, ottica e elettrica), dei dispostivi e delle applicazioni (display OLED e Celle Solari DSC). Inoltre lo studente porterà avanti la costruzione di celle DSC e la loro caratterizzazione IV: sotto simulatore solare per estrarne i parametri fondamentali (es efficienza di conversione) oppure sotto luce monocromatica per lo studio dell’efficienza quantica esterna del dispositivo. Una parte del corso verterà sui dispositivi e sui sistemi optoelettronici per il gene detection o rilevazione genetica. Dopo una breve introduzione sui concetti basilari della biologica molecolare, verrà introdotta la Green Fluorescent Protein (GFP) che viene usata come marker o come rilevatore di processi metabolici o genetici all’interno di cellule o organismi. Il corso poi mostrerà come vengono progettati, costruiti e utilizzati (usando come case study il caso della fibrosi cistica) i gene chip arrays mediante o tecniche fotolitografiche (case study Affymetrix) o tecniche come l’ink jet printing. Il corso investigherà la bioluminescenza e come tali processi naturali (come quello della lucciola) sono stati utilizzati per progettare e costruire tra i sistemi più potenti oggi per fare rilevazione di DNA (come quelli basati sul pyrosequencing). L’elettronica organica (anche conosciuta come “stampata” o “plastica”) sta conoscendo un grosso sviluppo a livello internazionale ed è stata identificata dagli organi della Comunità Europea come molto importante (e su cui investire) in quanto l’Europa è già all’avanguardia in questo settore. Alcune applicazioni sono già in commercio (come gli OLED nei telefoni cellulari) ed altre (E-Paper, DSC) sotto sviluppo in linea pilota di varie realtà industriali europee. La parte sui dispositivi optoelettronici per la rivelazione di geni o DNA si colloca anch’esso in un settore dagli ampi sviluppi futuri come la parte hardware della bio-informatica. Questo corso darà allo studente gli strumenti necessari per capire il funzionamento dei dispostivi e come vengono progettate le applicazioni in questi due settori in forte crescita a livello internazionale.
EElementi di fisica dello stato solido. Bande energie nei solidi. Semiconduttori. Giunzioni. Alcuni Esempi di materiali usati come generatori e rivelatori di luce. Polarizzazione della luce. Birifrangenza. Ottica non lineare. Effetti ottici indotti. Modulazione della luce: Effetto elettro-ottico. Modulatori ottici. Sorgenti di luce e display devices. Fotorivelatori: termici e fotonici. Laser. Coefficienti di Einstein. Inversione di popolazione. Modi assiali e trasversali. Allargamenti di riga. Laser a stato solido, a gas, a liquido, parametrici. Mode locking, Q-switching. Alcuni tipi di laser e loro applicazioni. Ottica all’interfaccia tra due mezzi. Ottica guidata. Fibre ottiche Guide d’onda. Modi ottici in guide planari e guide canali. Perdite ottiche. Accoppiamento di luce in guida. Guide tapered. Reticoli di Bragg. Risonatori ad anello. Directional couplers. Sessioni di laboratorio per l'approfondimento di alcune tematiche affrontate a lezione.
L'approssimazione di Born-Oppenheimer L'approssimazione adiabatca Il teorema di Hellmann-Feynman e di Epstein Richiami alla teoria delle bande nei solidi Teorema di Bloch, boundary conditions. Metodo variazionale. Metodo tight-binding e sue applicazioni in materiali a varia dimensionalità. Metodo delle Onde-Piane Ortgonalizzate Metodo degli Pseudopotenziali e dello sviluppo in onde piane della Funzione d'onda Equazione di Hartree e Hartree Fock,Teorema di Koopmans , potenziale di scambio. Gas elettronico omogeneo: Trasformata di Fourier del potenziale coulombiano; il gas elettronico omogeneo con Hartree Fock. Approssimazione di Slater, Approssimazione di Thomas Fermi . Derivate funzionali La teoria del Funzionale Densita' Teorema di Hohenberg e Kokn , Equazioni di Kohn e Sham. La Local density Approximation. Il problema della gap in DFT. Esempi di applicazioni della DFT Proprieta' ottiche. Indice di rifrazione complesso. Coefficiente di assorbimento. La Riflettivita'. La funzione dielettrica. Relazioni di Kramers Kronig e regole di somma Regola d'oro di Fermi: Calcolo della funzione dielettrica in approssimazione di dipolo Esempi di funzione dielettrica per metalli, semiconduttori, isolanti. Densita' degli stati congiunta(JDOS) Andamento della JDOS vicino ai punti critici. Teoria della risposta lineare e TDDFT. Effetti eccitonici: modello idrogenoide di Mott-Wannier Equazione di Boltzman per trasporto elettronico e termico Tensore di conducibilita elettrica e termica. . Cenni fenomeni termoelettrici Dinamica Molecolare Classica ed ab-initio Teorie ab-initio di stato eccitato Funzioni di Green classiche. Formalismo della seconda quantizzazione. Propagatore quantistico di singolo elettrone/buca e sua rappresentazione di Lehmann e relazione con eccitazioni elettroniche. Equazione di Dyson. Concetto di Self-energia. Equazione di quasi-particella. Metodo GW. Equazione di Bethe-Salpeter per il calcolo ab-initio di effetti eccitonici nella risposta ottica. Esercitazioni al calcolatore su DFT che prevedono anche una introduzione ai principali comandi in ambiente linux.
Il corso guida lo studente verso la conoscenza delle basi molecolari dei processi biologici che avvengono all’interno della cellula. Particolare attenzione è data allo studio delle macromolecole biologiche (lipidi, proteine, nucleicacids), della loro struttura e della loro funzione. Il corso prevede anche lo studio di alcuni processi metabolici, quali quelli che portano allaproduzione di energia ed alla sintesi delle proteine, e la loro regolazione. Inoltre, sono trattati alcuni particolari argomenti quali la contrazione muscolare e la produzione di arti artificiali, il sistema sensoriale visivo, le basi biologiche dell’ingegneria tissutale, l’utilizzo di macromolecole biologiche (acidi nucleici e proteine) per la produzione di microchip (microarray). Programma: Replicazione e Trascrizione del DNA; Sintesi Proteica Eucariotica; Aminoacidi e legame peptidico; Struttura e Funzione delle Proteine (Proteine Globulari eFibrose);Proteine allosteriche (Emoglobina); Enzimi e cenni di Cinetica enzimatica; Regolazione enzimatica; Coenzimi e Vitamine; Processi Metabolici per la produzione di energia (glicolisi, ciclo dei TCA, fosforilazione ossidativa); Sistemi sensoriali (trasduzione del segnale visivo); Contrazione Muscolare e cenni su Muscoli Artificiali (EAP); Matrice extracellulare e cenni di Ingegneria Tissutale; Microchip con macromolecole biologiche (Microarray DNA e Proteine), Produzione di proteine ricombinanti principi generali. Esercitazioni: espressione e caratterizzazione di proteine ricombinanti; preparazione di biomateriali per la rigenerazione tissutale; utilizzo di banche dati ed algoritmi predittivi per lo studio della struttura e funzione delle macromolecole biologiche.
Introduzione alle Nanoscienze ed alle Nanotecnologie : stato dell’arte e prospettive Nanomateriali e nanostrutture (0-D, 1-D e 2-D) . -quantum dots -nanoparticelle e nanopolveri -nanocapsule -materiali nanoporosi -nanofili e nanofibre -dendrimeri -film sottili Tecniche di preparazione : sintesi chimiche , processi fisici, trattamenti post-sintesi. Gli approcci : bottom-up e top-down. Tecniche top-down : litografie che utilizzano radiazioni elettromagnetiche , fasci di elettroni, fasci di ioni . Altre tecniche : nanoimprinting, nanolitografia colloidale ,nanoindentazione tramite AFM , processi dip-pen. Tecniche meccaniche : macinazione, assottigliamento Tecniche bottom-up : -nucleazione in fase liquida -riduzione di complessi metallici -spray-drying -pirolisi -processi sol-gel -reazioni in fase vapore -reazioni in fase solida -nucleazione eterogenea Processi di funzionalizzazione Processi di ricopertura Processi di riempimento Processi di organizzazione e allineamento di nanofili e nanoparticelle . Proprietà ed applicazioni delle varie classi di nanostrutture Caratterizzazioni strutturali , proprietà ed applicazioni di importanti classi di materiali, con particolare riferimento ai nanomateriali di Si e di Carbonio ( fullereni, nanotubi, grafene, nanodiamante ) ed ad alcuni ossidi : SiO2 , SnO2, ZnO, TiO2 . Nanomateriali per sensoristica Nanomateriali per celle fotovoltaiche DSSC e plastiche Nanomateriali per catalisi
