Course Syllabus
Obiettivi
Il corso si propone di introdurre e discutere i metodi di sintesi e trasformazione delle principali classi di materiali funzionali inorganici e alcuni ibridi organico-inorganico, con particolare attenzione agli aspetti riguardanti la selezione dei precursori e lo sviluppo delle corrette condizioni di processo per ottenere materiali con composizione, proprietà chimico-fisiche e struttura predeterminate. Verranno inoltre fornite nozioni introduttive riguardanti i meccanismi di nucleazione e di crescita dei solidi cristallini a partire dal fuso, da soluzione e da fase vapore.
Al termine del corso lo studente conoscerà i fondamenti chimico-fisici e di processo relativi ad alcuni tra i principali approcci alla sintesi di materiali inorganici avanzati, sia in termini di metodi di sintesi chimica sia di parametri chimico-fisici e di processo che consentono di controllare la sintesi di materiali funzionali a base inorganica.
Contenuti sintetici
Sintesi di materiali funzionali (in forma di cristalli singoli,
polveri policristalline, film, fibre, materiali amorfi e porosi) mediante: sintesi
allo stato solido, sintesi di solidi da fase gassosa, sintesi da fuso e da
soluzione a bassa e alta temperatura, metodi sol-gel. Introduzione alla nucleazione dei cristalli
e ai meccanismi di crescita cristallina.
Programma esteso
Sintesi di materiali funzionali solidi (cristalli singoli, polveri policristalline, film sottili e film spessi, fibre, materiali amorfi e porosi).
Sintesi allo stato solido: metodo ceramico, riduzione carbotermica, sintesi per combustione, sinterizzazione, reazioni solido-gas.
Sintesi di solidi da fase gassosa: trasporto e deposizione chimici di vapore, trasporto e deposizione fisici di vapore (sputtering, evaporazione termica, epitassia da fase vapore, infiltrazione chimica di vapore), processi aereosol.
Nucleazione dei cristalli omogenea ed eterogenea. Struttura superficiale dei cristalli e meccanismi di crescita. Dipendenza della morfologia cristallina dai parametri di crescita.
Sintesi da fuso e da soluzione: vetri, crescita di cristalli dal fuso (metodi di Verneuil, Bridgman-Stockbarger, Czochralski, Kyroupolos, a zona fluttuante), crescita da soluzione ad alta temperatura (processi solvotermali e idrotermali, crescita da solventi speciali ad alta temperatura). Precipitazione.
Metodi sol-gel da alcossisilani. Sintesi di materiali porosi, materiali ibridi organico-inorganico (polisilossani, polisilsesquiossani). Micro-, meso-e macroporosità. Porosità ordinata e agenti templanti: sintesi di zeoliti e silice mesoporosa.Prerequisiti
Il corso di Chimica dei Materiali Inorganici richiede un approccio interdisciplinare che utilizza nozioni acquisite negli insegnamenti di chimica generale e inorganica, chimica organica, chimica fisica (termodinamica ed equilibrio chimico) e nozioni
di base di cristallografia.
Modalità didattica
Le lezioni verranno impartite in modalità frontale in presenza e in lingua inglese, mediante la proiezione di testo, schemi, diagrammi, fotografie e filmati.
Materiale didattico
Testo di riferimento:
Synthesis of inorganic materials - U. Schubert, N. Hüsing - (2019) - ebook
Testi per approfondimento/consultazione:
The inorganic chemistry of materials: how to make things out of elements - P.J. van der Put - (1998)
Sol-gel science: the physics and chemistry of sol-gel processing - C.J. Brinker, G.W. Scherer - (1990)- ebook
Solid state chemistry. Compounds - Eds. A.K. Cheetham, P. Day - (1992)
Hybrid
Materials: synthesis, characterization, applications, G. Kickelbick Ed.- (2007) - ebook
Functional
hybrid materials - P. Gomez-Romero, C. Sanchez - (2004) - ebook
Springer handbook of crystal growth - G. Dhanaraj, K. Byrappa, V. Prasad, M. Dudley
Eds. - - (2010) - ebook
(i testi sono disponibili presso la sede di scienze della biblioteca di ateneo)
Gli argomenti trattati in aula saranno integralmente disponibili sotto
forma di file in formato pdf caricati sulla piattaforma e-learning.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
1° semestre - da ottobre 2021
Modalità di verifica del profitto e valutazione
L’esame consiste in un colloquio orale e individuale. Non sono previste prove in itinere intermedie. La verifica del profitto è volta a valutare la preparazione raggiunta in termini di conoscenza teorica degli argomenti trattati durante le lezioni e della loro applicazione in alcuni casi concreti presentati e discussi durante le lezioni. Tra i parametri utilizzati per esprimere il giudizio finale vi è la capacità di esporre in modo chiaro e rigoroso gli argomenti appresi. La votazione viene espressa in trentesimi tra 18/30 e 30/30 inclusi, eventualmente con lode, valutata in base alla completezza e qualità delle risposte fornite dallo studente.
Orario di ricevimento
Il docente è disponibile per chiarimenti e consigli
riguardanti gli argomenti trattati previo appuntamento da richiedersi via email
a: massimo.moret@unimib.it
Aims
Describe and discuss relevant methods for the synthesis of functional inorganic and hybrid organic-inorganic materials, focusing on the choice of precursors and development of suitable process conditions in order to synthesize materials with the required composition, structure and physico-chemical properties. Introduce the student to fundamentals of mechanisms of nucleation and crystal growth from the melt, solution and vapor.
Students will acquire basic knowledge about relevant advanced inorganic materials and their synthesis, including synthetic methods and physico-chemical and process parameters upon which the chemical procedures are based. This will enable the student to select approach, method and parameters best suited to fully control and optimise the synthesis of functional materials based on inorganic cores.
Contents
Synthesis of functional materials (single crystals, polycrystalline powders,
films, fibers, amorphous and porous materials): solid-state reactions,
synthesis of solids from the gas phase, synthesis of solids from melts and
solutions at low and high temperature, sol-gel processes. Fundamentals of nucleation
of crystals and growth mechanisms.
Detailed program
Synthesis of solid functional materials (single crystals, polycrystalline powders, thin/thick films, fibers, amorphous and porous materials).
Solid-state reactions: ceramic method, carbothermal reduction, combustion synthesis, sintering, solid-gas reactions.
Synthesis of solids from the gas phase: Chemical Vapor Transport, Chemical Vapor Deposition, Physical Vapor Deposition (sputtering, thermal evaporation, vapor phase epitaxy, Chemical Vapor Infiltration), aereosol processes.
Homogeneous and heterogeneous nucleation of crystals. Structure of crystal surfaces and growth mechanisms. Dependence of crystal morphology on growth parameters.
Synthesis of solids from melts and solutions: glasses, crystal growth from the melt (Verneuil, Bridgman-Stockbarger, Czochralski, Kyroupolos, Floating zone), growth from low and high temperature solutions (solvothermal and hydrothermal processes, flux growth). Precipitation.
Sol-gel processes with alkoxysilanes. Synthesis of porous materials: hybrid organic-inorganic materials (polysiloxanes, polysilsesquioxanes)). Micro-, meso-, macroporisity. Ordered porosity by templating agents: synthesis of zeolites and mesoporous silica.Prerequisites
Chemistry of inorganic materials requires an interdisciplinary approach exploiting general and inorganic chemistry, organic chemistry, physical chemistry (thermodynamics and chemical equilibria) and basic
knowledge of crystallography.
Teaching form
Lectures will be given in the classroom and in english, supported by video projection of text, schemes,
diagrams, pictures and movies.
Textbook and teaching resource
Recommended textbook:
Synthesis of inorganic materials - U. Schubert, N. Hüsing - (2019) - ebook
Reference textbooks:
The inorganic chemistry of materials: how to make things out of elements - P.J. van der Put - (1998)
Sol-gel science: the physics and chemistry of sol-gel processing - C.J. Brinker, G.W. Scherer - (1990)- ebook
Solid state chemistry. Compounds - Eds. A.K. Cheetham, P. Day - (1992)
Hybrid
Materials: synthesis, characterization, applications, G. Kickelbick Ed.- (2007) - ebook
Functional
hybrid materials - P. Gomez-Romero, C. Sanchez - (2004) - ebook
Springer handbook of crystal growth - G. Dhanaraj, K. Byrappa, V. Prasad, M. Dudley Eds. - - (2010) - ebook
(copies of the textbooks are available for lending from the university library)
Lecture handouts will be provided as pdf files uploaded on the e-learning platform.
Semester
1st semester, starting on October 2021
Assessment method
The examination is performed through an oral exam without midterm tests. The teacher assesses if and to what extent the student has reached the course objectives, through a formal knowledge-based evaluation of the general topics delivered together with selected case studies. Parameters analyzed for producing the final score are capability and fluency during the interview to illustrate in a clear and sound way the topics delivered. A positive final graduation ranges from 18/30 to 30/30 cum laude based on quality and completeness level of the answers provided by the student.
Office hours
The teacher is available for help and discussion by arranging a meeting
by email to: massimo.moret@unimib.it
Staff
-
Massimo Moret