Course Syllabus
Obiettivi
L'obiettivo del corso è sviluppare una comprensione fondamentale degli aspetti chiave dei nanomateriali, dalle loro proprietà all'ingegnerizzazione. Partendo dalla visione di Feynmann, risalente al 1959, e dalla sua famosa affermazione "There’s plenty of room at the bottom ", il corso si concentrerà sull'importanza di indagare e utilizzare i nanomateriali nel 21° secolo. Combinando intuizioni fondamentali sulla fisica e chimica dei nanomateriali, il corso porterà a regole di progettazione per l'ingegnerizzazione di materiali funzionali avanzati con proprietà innovative, per sviluppare strategie e dispositivi innovativi. Il corso si concentrerà su micro/nano materiali artificiali, così come su materiali naturali e ispirati alla natura, con un focus particolare sui materiali intelligenti con specifica bagnabilità. Al termine del corso, lo studente sarà in grado di comprendere la complessità dei nanomateriali, con una visione critica sia dei potenziali benefici sia delle difficoltà legate all'implementazione ingegneristica.
Contenuti sintetici
Il corso copre i principi di base associati alla nanoscienza e nanotecnologia necessari per comprendere le proprietà dei nanomateriali e come possono essere progettati e ingegnerizzati. Il corso spazierà dagli nanotools (metodi di caratterizzazione e fabbricazione), alla fisica (proprietà e fenomeni dipendenti dalle dimensioni) e chimica (sintesi e modifica), così come le applicazioni di materiali a scale nanometriche con un'enfasi sulle recenti svolte tecnologiche nel campo.
Programma esteso
• Panoramica su Nanomateriali e Nanotecnologia, con prospettiva storica: approccio top-down vs bottom-up
• Sintesi dei nanomateriali
• Caratterizzazione dei nanomateriali
• Nanomateriali per la terapia del cancro
• Nanocompositi per applicazioni in pneumatici
• Superfici idrorepellenti
• Superfici ghiaccio-fobiche
• Presentazioni in classe preparate dagli studenti (dopo introduzione del docente) su argomenti di ricerca all'avanguardia sui nanomateriali, inclusi:
- Aerogel
- Ice-templating di colloidi
- Nanomateriali per lo splitting elettrochimico dell'acqua
- Nanomateriali basati su biopolimeri (es. cellulosa)
- Gecko glue e adesivi biomimetici
- Biomineralizzazione
- High absorption nanomaterials (e.g. ultra-black)
- Nanomateriali in applicazioni biomediche
• Implicazioni Sociali: etica, sicurezza, ambiente e percezione pubblica
Prerequisiti
- Conoscenze di base di scienze chimiche e scienze dei materiali.
Modalità didattica
12 lezioni da 2 ore in presenza, Didattica Erogativa
18 attività di esercitazione da 2 ore in presenza, Didattica Interattiva
Materiale didattico
Riferimenti primari:
- Kulkarni, S. K., Nanotechnology: Principles and Practices, 3rd Edition, Springer. Published 2015. 403 Pages, ISBN 978-3-319-09170-9
• Gabor L. Hornyak, Joydeep Dutta, H.F. Tibbals, Anil Rao, Introduction to Nanoscience, CRC Press. Published May 15, 2008. 856 Pages, ISBN: 9781420048056
• Gabor L. Hornyak, John J. Moore, H.F. Tibbals, Joydeep Dutta, Fundamentals of Nanotechnology, CRC Press. Published December 22, 2008. 786 Pages. ISBN 9781420048032
• Guozhong Cao and Ying Wang, Nanostructures & Nanomaterials: Synthesis, Properties & Applications, World Scientific (2011), ISBN 13: ISBN: 978-981-4322-50-8 (hardcover) 978-981-4324-55-7 (softcover).
Riferimenti aggiuntivi:
• H.-J. Butt, M. Kappl. Surface and Interfacial Forces. Wiley, 2018, ISBN: 978-3-527-80436-8
• Sulabha K. Kulkarni. Nanotechnology: Principles and Practices. Springer International Publishing, 2015. DOI: 10.1007/978-3-319-09171-6.
• R. Kelsall, I. Hamley, M. Geoghegan. Nanoscale: Science and Technology. Wiley, 2005. ISBN: 978-0-470-85086-2.
• Michael Köhler and Wolfgang Fritzsche, Nanotechnology: An Introduction to Nanostructuring Techniques, Second Edition, Wiley, 3 December 2007, Print ISBN:9783527318711, Online ISBN:9783527621132 DOI:10.1002/9783527621132.
• Dieter Vollath, Nanomaterials: An Introduction to Synthesis, Properties and Applications, 2nd Edition, Wiley, 1 July 2013, 386 Pages, ISBN: 978-3-527-67186.
• Gerrard Eddy and Jai Poinern, A Laboratory Course in Nanoscience and Nanotechnology, 1st Edition, CRC Press, December 6, 2014, 260 Pages. ISBN 9781482231038
Periodo di erogazione dell'insegnamento
1o Semestre II anno
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Il docente valuta se e in che misura lo studente ha raggiunto gli obiettivi del corso.
Una valutazione formale basata sulla conoscenza dei temi generali trattati. L'esame si svolge attraverso un esame orale sui temi descritti sopra.
Durante il corso, ci saranno valutazioni in itinere comprendenti la preparazione di i) una presentazione in classe, ii) un breve video e iii) un testo tipo highlight di ricerca su uno degli argomenti elencati sopra.
La valutazione finale sarà la somma delle diverse parti:
Presentazione: massimo 12 punti, valutazione sulla ricerca autonoma della bibliografia, comprensione e sulle competenze di comunicazione scientifica
Simulazione video di crowdfunding: massimo 6 punti, valutazione sulle competenze imprenditoriali e di comunicazione per progetti di innovazione
Highlight di ricerca: massimo 4 punti, valutazione sulla capacità individuale di comprendere articoli scientifici e scritti;
Esame orale: massimo 8 punti
TOTALE: massimo 30 punti
Orario di ricevimento
Appuntamento, su richiesta via e-mail.
Sustainable Development Goals
Aims
Aim of the course is to develop a fundamental understanding of the key aspect of nanomaterials, from their properties to engineering. Starting from Feynmann’s vision, dating back 1959, and his famous statement “There’s plenty of room at the bottom”, the course will focus on the relevance of investigating and using nanomaterials in the 21th century. By combining fundamental insights on nanomaterials physics and chemistry, the course will lead to design rules for engineering advanced functional materials with novel properties, to develop innovative strategies and devices. The course will focus on micro/nanoscale artificial materials, as well as natural and nature-inspired materials, with a particular focus on smart materials with special wettability. At the end of the course, the student will be able to understand complexity of nanomaterials, with critical view of both potential benefits and difficulties related to engineering implementation.
Contents
The course covers the basic principles associated with nanoscience and nanotechnology which is necessary to understand the nanomaterials properties, and how nanomaterials can be designed and engineered. The course will span from nanotools (characterizations and fabrication methods), to physics (size dependent properties and phenomena) and chemistry (synthesis and modification), as well as applications of materials at nanometer length scales with an emphasis on recent technological breakthroughs in the field.
Detailed program
• Overview of Nanomaterials and Nanotechnology, with historical perspective: top-down vs bottom-up approach
• Synthesis of nanomaterials
• Characterization of nanomaterials
• Nanomaterials for cancer therapy
• Nanocomposites for tire application
• Non-wetting surfaces
• Icephobic surfaces
• Class presentations by students (after introduction by the teacher) on state-of-the-art research topics on nanomaterials, including:
- Aerogels
- Ice templating of colloids
- Nanomaterials for electrochemical water splitting
- Biopolymer-based (e.g. cellulose) nanomaterials
- Gecko glue and biomimethic adhesives
- Biomineralization
- High absorption nanomaterials (e.g. ultra-black)
- Nanomaterials in biomedical applications
• Societal Implications: ethics, safety, environment, and public perception
Prerequisites
- Basic knowledge on chemical science and materials science.
Teaching form
12 two-hour lectures, in person, Delivered Didactics
18 two-hour practical classes, in person, Interactive Teaching
Textbook and teaching resource
Primary references:
- Kulkarni, S. K., Nanotechnology: Principles and Practices, 3rd Edition, Springer. Published 2015. 403 Pages, ISBN 978-3-319-09170-9
• Gabor L. Hornyak, Joydeep Dutta, H.F. Tibbals, Anil Rao, Introduction to Nanoscience, CRC Press. Published May 15, 2008. 856 Pages, ISBN: 9781420048056
• Gabor L. Hornyak, John J. Moore, H.F. Tibbals, Joydeep Dutta, Fundamentals of Nanotechnology, CRC Press. Published December 22, 2008. 786 Pages. ISBN 9781420048032
• Guozhong Cao and Ying Wang, Nanostructures & Nanomaterials: Synthesis, Properties & Applications, World Scientific (2011), ISBN 13: ISBN: 978-981-4322-50-8 (hardcover) 978-981-4324-55-7 (softcover).
Additional references:
• H.-J. Butt, M. Kappl. Surface and Interfacial Forces. Wiley, 2018, ISBN: 978-3-527-80436-8
• Sulabha K. Kulkarni. Nanotechnology: Principles and Practices. Springer International Publishing, 2015. DOI: 10.1007/978-3-319-09171-6.
• R. Kelsall, I. Hamley, M. Geoghegan. Nanoscale: Science and Technology. Wiley, 2005. ISBN: 978-0-470-85086-2.
• Michael Köhler and Wolfgang Fritzsche, Nanotechnology: An Introduction to Nanostructuring Techniques, Second Edition, Wiley, 3 December 2007, Print ISBN:9783527318711, Online ISBN:9783527621132 DOI:10.1002/9783527621132.
• Dieter Vollath, Nanomaterials: An Introduction to Synthesis, Properties and Applications, 2nd Edition, Wiley, 1 July 2013, 386 Pages, ISBN: 978-3-527-67186.
• Gerrard Eddy and Jai Poinern, A Laboratory Course in Nanoscience and Nanotechnology, 1st Edition, CRC Press, December 6, 2014, 260 Pages. ISBN 9781482231038
Semester
1ˢᵗ Semester II year
Assessment method
The teacher assesses if and to what extent the student has reached the course objectives.
A formal knowledge-based evaluation of the general topics delivered. The examination is performed through an
oral exam on the topics described above.
Moreover, in itinere evaluations include the preparation of i) a class presentation, ii) a short video and iii) a text in the form of research highlight on one of the above listed topic.
The final evaluation will be a sum of the different parts:
Presentation: max 12 points, evaluation on the autonomous bibliography research, understanding and on scientific communication skills
Crowdfunding video simulation: max 6 points, evaluation on entrepreneurial and communication skills for innovation projects
Research highlight: max 4 points, evaluation on the individual ability to understanding scientific papers and writings;
Oral exam: max 8 points
TOTAL: max 30 points
Office hours
Appointment, upon e-mail request.
Sustainable Development Goals
Staff
-
Irene Tagliaro
