Course Syllabus
Obiettivi
Panoramica del corso
Il corso fornisce un approccio integrato e interdisciplinare alla progettazione e alla sintesi di materiali funzionali. Colmando la chimica organica, inorganica e macromolecolare, il corso fornisce agli studenti un "kit di strumenti sintetici" completo necessario per la moderna scienza dei materiali.
Visione comune
I tre moduli del corso condividono una premessa fondamentale: che la moderna scienza dei materiali richiede un approccio di progettazione strategica. Piuttosto che visualizzare le sostanze chimiche organiche, inorganiche e macromolecolari in modo isolato, questo corso enfatizza la logica sintetica comune che le collega. Gli studenti apprendono ad analizzare le relazioni struttura-proprietà per selezionare i precursori, le reazioni e le condizioni di processo ottimali necessarie per sintetizzare i materiali con proprietà elettroniche, ottiche, termiche e meccaniche su misura. Il corso promuove una mentalità di risoluzione dei problemi, concentrandosi sulla sostenibilità e l'ottimizzazione delle prestazioni in tutte le classi di materiali.
Finalità ed obiettivi
L'obiettivo di questo corso è quello di fornire una conoscenza dettagliata delle metodologie sintetiche per la preparazione di materiali funzionali. Mette in luce gli approcci della chimica verde, la capacità di controllare la gerarchia strutturale e la selezione dei precursori per ottenere le caratteristiche fisico-chimiche desiderate nei sistemi coniugati organici, nei solidi inorganici / ibridi e nelle architetture polimeriche avanzate. L'obiettivo finale dell'approccio multidisciplinare del corso è quello di consentire agli studenti di combinare sinergicamente strumenti e conoscenze dai tre moduli nello sviluppo di nuovi materiali.
Esiti di apprendimento
Al termine del corso, lo studente potrà:
- Conoscenza e comprensione: Padroneggiare i concetti sintetici che regolano la coniugazione, la reattività inorganica a stato solido e l'architettura macromolecolare. Correlare le vie sintetiche con le proprietà dei materiali (termico, ottico, elettrico, meccanico, magnetico).
- Applicare la conoscenza e la comprensione: Selezionare la strategia sintetica più appropriata (funzionalizzazione organica, lavorazione inorganica o sintesi polimerica) per ottimizzare le prestazioni dei materiali per applicazioni specifiche.
- Effettuare giudizi: Esporre strategie sintetiche efficienti per materiali complessi. Proporre strategie di funzionalizzazione o modifica per ottimizzare caratteristiche specifiche basate su un’analisi delle relazioni struttura-proprietà.
- Comunication Skills: Comunicare concetti sintetici complessi chiaramente utilizzando la terminologia specifica della chimica e della scienza dei materiali. Riassumere e criticare la letteratura scientifica / brevettuale con competenza.
- Abilità di apprendimento: Estendere in modo indipendente i concetti appresi a nuovi casi di studio, la gestione della letteratura tecnica e gli strumenti di ricerca per affrontare i problemi al di fuori dell'ambito diretto dell'aula.
Contenuti sintetici
Il programma è organizzato in blocchi tematici integrati che coprono i tre moduli:
- Fondamenti di strategia sintetica:
- Relazioni Struttura-Proprietà-Performanza.
- Principi di coniugazione, aromaticità e legame nei materiali.
- Coordinamento ed equilibri chimici nei sistemi inorganici.
- Metodologie Sintetiche Avanzate:
- Organica: Arilazione, olefinazione e reazioni di funzionalizzazione (Pd/Ni/Cu mediato).
- Inorganica: reazioni allo stato solido, sintesi di solidi da fase gassosa, fuso e soluzione, processi di sol-gel, materiali ibridi e porosi e nanocompositi.
- Macromolecolare: controllo di precisione della composizione della catena, della topologia e della distribuzione del peso molecolare.
- Processo e valutazione delle prestazioni dei materiali:
- Sintesi di film, fibre, materiali porosi e nanocompositi.
- Termoplastici, termoindurenti e polimeri liquido cristallini.
- Tecniche di caratterizzazione (soluzione vs. stato solido).
- Sostenibilità e Innovazione:
- Approcci conformi alla chimica verde.
- Fonti rinnovabili e materiali biodegradabili.
- Ibridi funzionali avanzati.
Programma esteso
I programmi dettagliati sono delineati nel sillabi dei singoli moduli
Prerequisiti
La chimica dei materiali richiede un approccio interdisciplinare che sfrutta la chimica generale e inorganica, organica, macromolecolare e fisica (termodinamica ed equilibri chimici).
È quindi richiesta una base interdisciplinare che comprende:
- Chimica generale e inorganica.
- Chimica Organica.
- Chimica fisica (Termodinamica ed Equilibri chimici).
Modalità didattica
Le lezioni saranno erogate in inglese.
12 lezioni di due ore per ogni modulo (24+24+24 h), in presenza, Didattica Erogativa.
Materiale didattico
I libri di testo e altro materiale didattico sono indicati nel sillabi dei singoli moduli
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Tutto l'anno accademico. I tre moduli didattici sono programmati come di seguito dettagliati:
- Strategie organiche per la sintesi dei materiali (1° semestre)
- Strategie macromolecolari per la sintesi dei materiali (1° semestre)
- Strategie inorganiche per la sintesi dei materiali (2° semestre)
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Il voto finale di "Strategie per la sintesi dei materiali" è un punteggio composito derivato dai tre moduli (organic, inorganic e macromolecular).
- Criteri di valutazione complessivi:
La valutazione viene effettuata tramite esami orali per ciascun modulo. Il voto finale di Strategie per la sintesi dei materiali viene calcolato come la media dei marchi ottenuti nei suoi tre moduli costituenti: Strategie inorganiche per la sintesi dei materiali, Strategie organiche per la sintesi dei materiali e strategie macromolecolari per la sintesi dei materiali
Durante l'esame, lo studente sarà tenuto a rispondere a 3-4 domande per una durata di circa 20 minuti. Una di queste domande sarà su un argomento di scelta dello studente. Le domande rimanenti si concentreranno sugli argomenti trattati durante le lezioni frontali con l'obiettivo di valutare la capacità di riorganizzare i concetti. Gli studenti saranno incoraggiati a pensare al possibile uso delle loro nozioni in esempi / applicazioni pratiche (problem solving).
I criteri di valutazione per il corso complessivo sono i seguenti:
18-21 (Sufficiente): Comprensione di base dei concetti; può identificare metodi sintetici comuni ma fatica con la corretta selezione/applicazione; limitata capacità di collegare la sintesi a specifiche proprietà dei materiali.
22-24 (Buono): Chiara comprensione dei metodi sintetici e delle loro caratteristiche; può selezionare approcci appropriati per i materiali standard; miglioramento dell'uso della terminologia scientifica.
25-27 (Molto buono): Forte, autonoma comprensione delle strategie sintetiche; efficace nel giustificare le scelte metodologiche; comunicazione fiduciosa di idee complesse e risultati della letteratura.
28-30 (Eccellente): Mostra eccezionale padronanza degli argomenti; può elaborare strategie efficienti per materiali complessi / nuovi; dimostra un pensiero critico sofisticato e la capacità di integrare la conoscenza in un design sintetico coerente.
Non sono previsti esami parziali.
Orario di ricevimento
Su appuntamento via email con il docente di moduli singoli:
Organic: mauro.sassi@unimib.it
Macromolecular: silvia.bracco@unimib.it
Inorganic: barbara.dicredico@unimib.it
Possono anche essere programmati su richiesta appuntamenti congiunti con i tre docenti per eventuali problematiche generali relative all'intero corso.
Sustainable Development Goals
Aims
Course Overview
This course provides an integrated, interdisciplinary approach to the design and synthesis of functional materials. By bridging organic, inorganic, and macromolecular chemistry, the course equips students with a comprehensive "synthetic toolkit" necessary for modern materials science.
Common Vision
The three modules of this course share a foundational premise: that modern materials science requires a strategic design approach. Rather than viewing organic, inorganic, and macromolecular chemistries in isolation, this course emphasizes the common synthetic logic that connects them. Students are trained to analyze structure-property relationships to select the optimal precursors, reactions, and process conditions required to synthesize materials with tailored electronic, optical, thermal, and mechanical properties. The course fosters a problem-solving mindset, focusing on sustainability and performance optimization across all material classes.
Aims and Objectives
The objective of this course is to provide detailed knowledge of synthetic methodologies for preparing functional materials. It emphasizes green chemistry compliance, the ability to control structural hierarchy, and the selection of precursors to achieve desired physico-chemical characteristics in organic conjugated systems, inorganic/hybrid solids, and advanced polymeric architectures. The ultimate goal of the course's multidisciplinary approach is to enable students to synergistically combine tools and knowledge from the three modules in the development of new materials.
Learning Outcomes
At the end of the course, the student will be able to:
- Knowledge and Understanding: Master the synthetic concepts governing conjugation, inorganic solid-state reactivity, and macromolecular architecture. Correlate synthetic pathways with material properties (thermal, optical, electrical, mechanical, magnetic).
- Applying Knowledge and Understanding: Select the most appropriate synthetic strategy (organic functionalization, inorganic processing, or polymer synthesis) to optimize material performance for specific applications.
- Making Judgments: Devise efficient synthetic strategies for complex materials. Propose functionalization or modification strategies to optimize specific features based on an analysis of structure-property relationships.
- Communication Skills: Communicate complex synthetic concepts clearly using the specific terminology of chemistry and materials science. Summarize and critique scientific/patent literature with authority.
- Learning Skills: Independently extend learned concepts to novel case studies, managing technical literature and research tools to address problems outside the direct scope of the classroom.
Contents
The program is organized into integrated thematic blocks that span the three modules:
- Foundations of Synthetic Strategy:
- Structure-Property-Performance relationships.
- Principles of conjugation, aromaticity, and bonding in materials.
- Coordination and chemical equilibria in inorganic systems.
- Advanced Synthetic Methodologies:
- Organic: Arylation, olefination, and functionalization reactions (Pd/Ni/Cu mediated).
- Inorganic: Solid-state reactions, synthesis of solids from the gas phase, melts and solutions, sol-gel processes, hybrid and porous materials, and nanocomposites.
- Macromolecular: Precision control of chain composition, topology, and molecular weight distribution.
- Materials Processing and Performance:
- Synthesis of films, fibers, porous materials, and nanocomposites.
- Thermoplastic, thermosetting, and liquid crystalline polymers.
- Characterization techniques (solution vs. solid state).
- Sustainability and Innovation:
- Green chemistry compliant approaches.
- Renewable sources and biodegradable materials.
- Advanced functional hybrids.
Detailed program
Detailed programs are outlined in the syllabi of the single modules
Prerequisites
Chemistry of materials requires an interdisciplinary approach exploiting general and inorganic, organic, macromolecular and physical chemistry (thermodynamics and chemical equilibria).
An interdisciplinary foundation is thus required, including:
- General and Inorganic Chemistry.
- Organic Chemistry.
- Physical Chemistry (Thermodynamics and Chemical Equilibria).
Teaching form
The lessons will be delivered in English.
12 two-hour lectures for each module (24+24+24), in person, Delivered Didactics.
Textbook and teaching resource
Textbooks and teaching resources are outlined in the syllabi of the single modules
Semester
Whole accademic year. The three teaching modules are scheduled as detailed below:
- Organic Strategies for Materials Synthesis (1st semester)
- Macromolecular Strategies for Materials Synthesis (1st semester)
- Inorganic Strategies for Materials Synthesis (2nd semester)
Assessment method
The final mark for "Strategies for Materials Synthesis" is a composite score derived from the three modules (Organic, Inorganic, and Macromolecular).
- Overall Evaluation Criteria:
The assessment is conducted via oral examinations for each module. The final grade of Strategies for Materials Synthesis course is calculated as the average of the marks obtained in its three constituent modules: Inorganic Strategies for Materials Synthesis, Organic Strategies for Materials Synthesis and Macromolecular Strategies for Materials Synthesis
During the exam, the student will be required to answer 3–4 questions over a duration of approximately 20 minutes. One of these questions will be on a topic of the student's choice. The remaining questions will focus on the topics covered during the lectures with the aim to assess the ability to rearrange the concepts. Students will be encouraged to think about the possible use of their notions in practical examples/applications (problem solving).
The evaluation criteria for the overall course are as follows:
18-21 (Sufficient): Basic understanding of concepts; can identify common synthetic methods but struggles with selection/application; limited ability to link synthesis to specific material properties.
22-24 (Good): Clear understanding of synthetic methods and their features; can select appropriate approaches for standard materials; improved use of scientific terminology.
25-27 (Very Good): Strong, autonomous grasp of synthetic strategies; effective at justifying methodology choices; confident communication of complex ideas and literature findings.
28-30 Honors (Excellent): Exceptional mastery; can devise efficient strategies for complex/novel materials; demonstrates sophisticated critical thinking and the ability to integrate knowledge into a coherent synthetic design.
Partial exams are not scheduled.
Office hours
On appoitment by email with the professor of single modules:
Organic: mauro.sassi@unimib.it
Macromolecular: silvia.bracco@unimib.it
Inorganic: barbara.dicredico@unimib.it
Joint appointments can also be scheduled upon request for issue related to the whole course.
Sustainable Development Goals
Staff
-
Silvia Bracco
-
Barbara Di Credico
-
Mauro Sassi
