Course Syllabus
Obiettivi
Descrivere e discutere metodi rilevanti per la sintesi di materiali inorganici funzionali e ibridi organico-inorganici, con particolare attenzione rivolta alla scelta dei precursori e allo sviluppo di condizioni di processo adeguate al fine di preparare materiali con composizione, struttura e le proprietà fisico-chimiche desiderate.
Conoscenza e capacità di comprensione
Gli studenti acquisiranno le conoscenze di base su materiali inorganici avanzati di maggiore rilievo e sulla loro sintesi, compresi i metodi sintetici e i parametri fisico-chimici e di processo, su cui si basano le procedure chimiche.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Studentesse e studenti saranno in grado di selezionare l'approccio, il metodo e i parametri più adatti per avere un controllare totale e ottimizzare la sintesi di materiali funzionali basati su nuclei inorganici.
Autonomia di giudizio
Studentesse e studenti sapranno individuare i precursori e le condizioni di processo adeguate al fine di preparare materiali con composizione, struttura e le proprietà fisico-chimiche desiderate.
Capacità di apprendimento
Studentesse e studenti saranno in grado comprendere i principi base della sintesi inorganica e delle proprietà dei materiali inorganici e ibridi, applicandoli correttamente alla specifica progettazione di un materiale inorganico.
Abilità comunicative
Studentesse e studenti sapranno descrivere in forma orale in modo chiaro e sintetico e con proprietà di linguaggio le procedure sintetica di base dei materiali inorganici e le loro proprietà.
Contenuti sintetici
Sintesi di materiali funzionali (film, fibre, materiali amorfi e porosi): reazioni allo stato solido, sintesi di solidi dalla fase gassosa, sintesi di solidi da fusi e soluzioni a bassa e alta temperatura, processi sol-gel, materiali ibridi e porosi, e nanocompositi.
Programma esteso
Sintesi di materiali funzionali solidi.
Reazioni allo stato solido: metodo ceramico, riduzione carbotermica, sintesi di combustione, sinterizzazione, reazioni gas-solido.
Sintesi di solidi dalla fase gassosa: trasporto chimico del vapore, processi aereosol.
Sintesi di solidi da fase liquida: vetri, processi solvotermici e idrotermali. Precipitazione.
Processi sol-gel con alcossisilani.
Sintesi di materiali porosi: materiali ibridi organico-inorganici (polisilossani, polisilsesquiossani)). Micro-, meso-, macroporosità. Porosità ordinata mediante agenti templanti: sintesi di silice mesoporosa.
Materiali ibridi organici-inorganici e nanocompositi
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
24 lezioni frontali di due ore, in presenza (didattica erogata)si svolgeranno in aula, supportate dalla videoproiezione di testi, schemi, diagrammi, immagini e filmati.
E' prevista una lezione/seminario tenuto da un ricercatore di una azienda attiva nel campo dei materiali inorganici.
Materiale didattico
Libro di testo consigliato:
Synthesis of inorganic materials - U. Schubert, N. Hüsing - (2019) - ebook
Libri di testo di riferimento:
Hybrid Materials: synthesis, characterization, applications, G. Kickelbick Ed.- (2007) - ebook
Functional hybrid materials - P. Gomez-Romero, C. Sanchez - (2004) - ebook
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)
(copie dei libri di testo sono disponibili per il prestito presso la biblioteca universitaria)
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Il voto finale dell'intero corso (Strategies for Materials Synthesis) è calcolato come media dei voti ottenuti nei tre moduli che lo compongono:
Inorganic Strategies for Materials Synthesis
Organic Strategies for Materials Synthesis
Macromolecular Strategies for Materials Synthesis
Durante l'esame, lo studente dovrà rispondere a 3–4 domande per una durata di circa 20 minuti. Una di queste domande verterà su un argomento a scelta dello studente. Le restanti domande si concentreranno sugli argomenti trattati durante le lezioni.
Nello specifico, l'esame del modulo di Inorganic Strategies consiste in una prova orale volta a verificare se, e in quale misura, lo studente abbia raggiunto gli obiettivi formativi del corso. La valutazione si basa sulla capacità dello studente di esporre in modo chiaro e approfondito gli argomenti del corso e i casi di studio selezionati, dimostrando competenza e fluidità espositiva durante il colloquio, secondo i seguenti criteri:
18–20/30: Preparazione sufficiente degli argomenti trattati durante il corso, con limitata capacità di discussione e analisi. Capacità espositive e proprietà di linguaggio non sempre accurate, con una limitata capacità di rielaborazione critica.
21–23/30: Preparazione pienamente sufficiente degli argomenti trattati durante il corso, con limitata capacità di autoanalisi. Utilizzo di un lessico corretto, sebbene non del tutto preciso e chiaro; capacità espositive incerte.
24–27/30: Buona preparazione su un'ampia gamma di argomenti trattati durante il corso, con capacità di sviluppare argomentazioni autonome e analisi critiche. Capacità di applicare le conoscenze generali al contesto specifico della scienza dei polimeri, di collegare gli argomenti studiati a casi concreti e di utilizzare un lessico corretto dimostrando competenza nel linguaggio scientifico.
28–30 e lode (30L): Preparazione eccellente, completa e approfondita di tutti gli argomenti trattati durante il corso. Autonomia di analisi e giudizio critico sui temi affrontati a lezione; capacità di collegare gli argomenti studiati a casi concreti e a diversi contesti scientifici. Pieno possesso del lessico scientifico e capacità espositive rigorose, chiare e articolate, unite a un'eccellente capacità di argomentazione e riflessione.
Non sono previste prove parziali.
Orario di ricevimento
Su appuntamento via email: barbara.dicredico@unimib.it
Sustainable Development Goals
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.
Knowledge and understanding
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.
Applying knowledge and understanding
The students will be able to select approach, method and parameters best suited to fully control and optimise the synthesis of functional materials based on inorganic cores.
Making judgements
The students will be able to identify precursors and suitable process conditions in order to synthesize materials with the required composition, structure and physico-chemical properties.
Learning skills
The student will understand the fundementals of the basic principles of inorganic synthesis and the properties of inorganic and hybrid materials, applying them correctly to the specific design of an inorganic material.
Communication skills
The students will describe orally, clearly and concisely and with correct use of language the fundamentals of synthetic proceduresoh inorganic anh hybrid materials and their properties.
Contents
Synthesis of functional materials (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, hybrid and porous materials, and nanocomposites.
Detailed program
Synthesis of solid functional materials.
Solid-state reactions: ceramic method, carbothermal reduction, combustion synthesis, sintering, solid-gas reactions.
Synthesis of solids from the gas phase: Chemical Vapor Transport, aereosol processes.
Synthesis of solids from liquid phase: glasses, solvothermal and hydrothermal processes. 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 mesoporous silica.
Hybrid organic-inorganic matyerials and nanocomposites.
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
24 two-hour lectures, in person (Delivered Didactics) will be given in the classroom, supported by video projection of text, schemes, diagrams, pictures and movies.
A lecture/seminar held by a researcher from a company active in the field of inorganic materials is planned.
Textbook and teaching resource
Recommended textbook:
Synthesis of inorganic materials - U. Schubert, N. Hüsing - (2019) - ebook
Reference textbooks:
Hybrid Materials: synthesis, characterization, applications, G. Kickelbick Ed.- (2007) - ebook
Functional hybrid materials - P. Gomez-Romero, C. Sanchez - (2004) - ebook
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)
(copies of the textbooks are available for lending from the university library)
Semester
Second 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: barbara.dicredico@unimib.it
Sustainable Development Goals
Staff
-
Barbara Di Credico
