Andrea PELUSO | DISPOSITIVI ELETTRO-OTTICI PER LO SVILUPPO SOSTENIBILE

cod. 0522300059

DISPOSITIVI ELETTRO-OTTICI PER LO SVILUPPO SOSTENIBILE

	0522300059
	DIPARTIMENTO DI CHIMICA E BIOLOGIA "ADOLFO ZAMBELLI"
	CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
	CHIMICA
	2019/2020

CURRICULUM CHIMICA SOSTENIBILE

	OBBLIGATORIO
	ANNO CORSO 1
	ANNO ORDINAMENTO 2016
	PRIMO SEMESTRE

MODULI

SSD	CFU	ORE	ATTIVITÀ	TIPO DI ATTIVITÁ FORMATIVA
CHIM/02	7	56	LEZIONE	CARATTERIZZANTE
CHIM/02	3	36	ESERCITAZIONE	CARATTERIZZANTE
CHIM/02	2	24	LABORATORIO	CARATTERIZZANTE

DOCENTI

	AMEDEO CAPOBIANCO T Curriculum
	ANDREA PELUSO Curriculum

	Obiettivi
	CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE IL CORSO HA L’OBIETTIVO DI FORNIRE I PRINCIPI CHIMICO-FISICI CHE REGOLANO LE PROPRIETÀ DELLE MOLECOLE E DEI MATERIALI ORGANICI PER LO SVILUPPO SOSTENIBILE DI DISPOSITIVI PER APPLICAZIONI TECNOLOGICHE IN ELETTRONICA ORGANICA, COME AD ESEMPIO CELLE FOTOVOLTAICHE E SOLARI, DISPOSITIVI LED ED OLED E DISPOSITIVI PER LA FOTONICA. CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE LE ESERCITAZIONI NUMERICHE PERMETTERANNO DI ACQUISIRE FAMILIARITÀ CON PROGRAMMI GIÀ DISPONIBILI E DI LARGO USO SIA IN AMBIENTE ACCADEMICO CHE IN AMBITO PROFESSIONALE E DI AFFRONTARE IN AUTONOMIA LO STUDIO COMPUTAZIONALE DI STRUTTURE MOLECOLARI, AGGREGATI SUPRAMOLECOLARI E MATERIALI. AUTONOMIA DI GIUDIZIO LO STUDENTE SARÀ IN GRADO DI DISCUTERE CRITICAMENTE LA VALIDITÀ DEI RISULTATI OTTENUTI GRAZIE A DISCUSSIONI PROMOSSE DAL DOCENTE NEL GRUPPO DI LABORATORIO. ABILITÀ COMUNICATIVE IL CORSO PERMETTERÀ ALLO STUDENTE DI ACQUISIRE LA TERMINOLOGIA APPROPRIATA PER DESCRIVERE LE PROPRIETÀ ELETTRICHE E OTTICHE MOLECOLARI E DEI MATERIALI GRAZIE ALLA LETTURA DI ARTICOLI PUBBLICATI SU RIVISTE SCIENTIFICHE INTERNAZIONALI.

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
IL CORSO HA L’OBIETTIVO DI FORNIRE I PRINCIPI CHIMICO-FISICI CHE REGOLANO LE PROPRIETÀ DELLE MOLECOLE E DEI MATERIALI ORGANICI PER LO SVILUPPO SOSTENIBILE DI DISPOSITIVI PER APPLICAZIONI TECNOLOGICHE IN ELETTRONICA ORGANICA, COME AD ESEMPIO CELLE FOTOVOLTAICHE E SOLARI, DISPOSITIVI LED ED OLED E DISPOSITIVI PER LA FOTONICA.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
LE ESERCITAZIONI NUMERICHE PERMETTERANNO DI ACQUISIRE FAMILIARITÀ CON PROGRAMMI GIÀ DISPONIBILI E DI LARGO USO SIA IN AMBIENTE ACCADEMICO CHE IN AMBITO PROFESSIONALE E DI AFFRONTARE IN AUTONOMIA LO STUDIO COMPUTAZIONALE DI STRUTTURE MOLECOLARI, AGGREGATI SUPRAMOLECOLARI E MATERIALI.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO
LO STUDENTE SARÀ IN GRADO DI DISCUTERE CRITICAMENTE LA VALIDITÀ DEI RISULTATI OTTENUTI GRAZIE A DISCUSSIONI PROMOSSE DAL DOCENTE NEL GRUPPO DI LABORATORIO.

ABILITÀ COMUNICATIVE
IL CORSO PERMETTERÀ ALLO STUDENTE DI ACQUISIRE LA TERMINOLOGIA APPROPRIATA PER DESCRIVERE LE PROPRIETÀ ELETTRICHE E OTTICHE MOLECOLARI E DEI MATERIALI GRAZIE ALLA LETTURA DI ARTICOLI PUBBLICATI SU RIVISTE SCIENTIFICHE INTERNAZIONALI.

	Prerequisiti
	CONOSCENZE DI BASE DI: MECCANICA CLASSICA, ELETTROMAGNETISMO, ALGEBRA LINEARE, ANALISI MATEMATICA, CHIMICA E FISICA QUANTISTICA, CHIMICA GENERALE ED ORGANICA.

	Contenuti
	INTRODUZIONE CHE COSA SONO I SEMICONDUTTORI ORGANICI? UNA BREVE STORIA DELLE LORO APPLICAZIONI NEGLI ULTIMI 40 ANNI SPETTROSCOPIA E FOTOCHIMICA STATI ELETTRONICI DELLE MOLECOLE: SINGOLETTI, TRIPLETTI, ASSORBIMENTO ED EMISSIONE. TRANSIZIONI RADIATIVE: FERMI GOLDEN RULE. IL FATTORE ELETTRONICO E QUELLO VIBRONICO. RICHIAMI DI SPETTROSCOPIA: PROBABILITÀ DI TRANSIZIONE E COEFFICIENTI DI EINSTEIN, FORZE DI OSCILLATORE. TRANSIZIONI NON RADIATIVE: CONVERSIONE INTERNA ED INTERSYSTEM CROSSING FATTORI DI FRANCK CONDON E ACCOPPIAMENTI ELETTRONICI. CENNI DI FOTOCHIMICA: FOSFORESCENZA, FLUORESCENZA E RESA QUANTICA. I TEMPI DI VITA DEGLI STATI ECCITATI. FLASH PHOTOLYSIS E PUMP PROBE SPECTROSCOPY. MECCANISMI DI TRASFERIMENTO DI ENERGIA DI FORSTER E DI DEXTER. LA CONDUZIONE NELLO STATO SOLIDO. RICHIAMI SULLA TEORIA DEGLI ORBITALI MOLECOLARI. STATI ELETTRONICI DELLE MOLECOLE. DAL FINITO ALL’INFINITO. LA CATENA LINEARE DI ATOMI DI IDROGENO. LA CATENA CICLICA. LE FUNZIONI DI BLOCH E LE CONDIZIONI AL CONTORNO. L’ORDINE DI LEGAME IN UN SISTEMA INFINITO. DALL’ORBITALE MOLECOLARE ALL’ORBITALE DI UN CRISTALLO MONO, BI E TRIDIMENSIONALE. IL CRISTALLO COME “MOLECOLA GIGANTE”. LE FUNZIONI D’ONDA DI BLOCH NELLO SPAZIO RECIPROCO. LA DENSITÀ DEGLI STATI ED IL MODELLO A BANDE: CONDUTTORI, ISOLANTI, SEMICONDUTTORI. GIUNZONI PN, NP, NPN E PNP: DIODI E TRIODI ELETTRONICI, RADDRIZZATORI E TRANSISTOR CARICHE E STATI ECCITATI NEI SEMICONDUTTORI ORGANICI EFFETTI DOVUTI AGLI ACCOPPIAMENTI ELETTRONICI IN SISTEMI DI MOLECOLE IDENTICHE: DIMERI ED ECCIMERI. EFFETTI DOVUTI AGLI ACCOPPIAMENTI ELETTRONICI IN SISTEMI DI MOLECOLE DIVERSE: COMPLESSI ED ECCIPLESSI. IL CONCETTO DI ECCITONE DI FRENKEL. MOTO COERENTE ED INCOERENTE DEGLI ECCITONI. ESEMPIO DEL MOTO DEGLI ECCITONI NEI CRISTALLI DI ANTRACENE E TETRACENE. CREAZIONE DI CARICHE PER INIEZIONE, ASSORBIMENTO ED EFFETTO DI DOPANTI. DETERMINAZIONE DEI LIVELLI ENERGETICI NEI SEMICONDUTTORI ATTRAVERSO MISURE DI VOLTAMMETRIA CICLICA E SPETTROSCOPIA DI EMISSIONE. IL GAP OTTICO ED IL GAP ELETTRONICO. CONFRONTO TRA LE PROPRIETÀ DEI SEMICONDUTTORI ORGANICI E INORGANICI. PROCESSI OTTICI ED ELETTRONICI NEI SEMICONDUTTORI ORGANICI IL TRASPORTO DI CARICA. METODI SPERIMENTALI PER LE MISURE DI MOBILITÀ. IL CONCETTO DI POLARONE. IL MECCANISMO DELL’HOPPING. EFFETTI DOVUTI AL DISORDINE. GENERAZIONE DI CORRENTE ELETTRICA. DIFFUSIONE DELLA CARICA, FENOMENI DI RICOMBINAZIONE. ANNICHILAZIONE VIA SINGLETTO-SINGOLETTO, SINGOLETTO-TRIPLETTO, TRIPLETTO-CARICA E TRIPLETTO TRIPLETTO. PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DEI DISPOSITIVI A SEMICONDUTTORI ORGANICI CELLE SOLARI E FOTOVOLTAICHE. CELLE DI GRATZEL, DSSC E BULK ETEROJUNCTION. EFFICIENZA DI UNA CELLA. STRATEGIE UTILI PER INCREMENTARE LA CORRENTE FOTOINDOTTA ED IL VOLTAGGIO A CIRCUITO APERTO. LED E OLED: CARATTERISTICHE. EFFICIENZA E COLORE DI UN LED. LE SCALE CROMATICHE DEI LED. OLED A SINGOLO COLORE E BIANCHI. I FET E GLI OFET: PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO E APPLICAZIONI DEI TRANSISTOR ORGANICI.

Contenuti

INTRODUZIONE
CHE COSA SONO I SEMICONDUTTORI ORGANICI? UNA BREVE STORIA DELLE LORO APPLICAZIONI NEGLI ULTIMI 40 ANNI

SPETTROSCOPIA E FOTOCHIMICA
STATI ELETTRONICI DELLE MOLECOLE: SINGOLETTI, TRIPLETTI, ASSORBIMENTO ED EMISSIONE. TRANSIZIONI RADIATIVE: FERMI GOLDEN RULE. IL FATTORE ELETTRONICO E QUELLO VIBRONICO. RICHIAMI DI SPETTROSCOPIA: PROBABILITÀ DI TRANSIZIONE E COEFFICIENTI DI EINSTEIN, FORZE DI OSCILLATORE. TRANSIZIONI NON RADIATIVE: CONVERSIONE INTERNA ED INTERSYSTEM CROSSING FATTORI DI FRANCK CONDON E ACCOPPIAMENTI ELETTRONICI. CENNI DI FOTOCHIMICA: FOSFORESCENZA, FLUORESCENZA E RESA QUANTICA. I TEMPI DI VITA DEGLI STATI ECCITATI. FLASH PHOTOLYSIS E PUMP PROBE SPECTROSCOPY.
MECCANISMI DI TRASFERIMENTO DI ENERGIA DI FORSTER E DI DEXTER.

LA CONDUZIONE NELLO STATO SOLIDO.
RICHIAMI SULLA TEORIA DEGLI ORBITALI MOLECOLARI. STATI ELETTRONICI DELLE MOLECOLE. DAL FINITO ALL’INFINITO. LA CATENA LINEARE DI ATOMI DI IDROGENO. LA CATENA CICLICA. LE FUNZIONI DI BLOCH E LE CONDIZIONI AL CONTORNO. L’ORDINE DI LEGAME IN UN SISTEMA INFINITO. DALL’ORBITALE MOLECOLARE ALL’ORBITALE DI UN CRISTALLO MONO, BI E TRIDIMENSIONALE. IL CRISTALLO COME “MOLECOLA GIGANTE”. LE FUNZIONI D’ONDA DI BLOCH NELLO SPAZIO RECIPROCO. LA DENSITÀ DEGLI STATI ED IL
MODELLO A BANDE: CONDUTTORI, ISOLANTI, SEMICONDUTTORI. GIUNZONI PN, NP, NPN E PNP: DIODI E TRIODI ELETTRONICI, RADDRIZZATORI E TRANSISTOR

CARICHE E STATI ECCITATI NEI SEMICONDUTTORI ORGANICI
EFFETTI DOVUTI AGLI ACCOPPIAMENTI ELETTRONICI IN SISTEMI DI MOLECOLE IDENTICHE: DIMERI ED ECCIMERI. EFFETTI DOVUTI AGLI ACCOPPIAMENTI ELETTRONICI IN SISTEMI DI MOLECOLE DIVERSE: COMPLESSI ED ECCIPLESSI. IL CONCETTO DI ECCITONE DI FRENKEL. MOTO COERENTE ED INCOERENTE DEGLI ECCITONI. ESEMPIO DEL MOTO DEGLI ECCITONI NEI CRISTALLI DI ANTRACENE E TETRACENE. CREAZIONE DI CARICHE PER INIEZIONE, ASSORBIMENTO ED EFFETTO DI DOPANTI. DETERMINAZIONE DEI LIVELLI ENERGETICI NEI SEMICONDUTTORI ATTRAVERSO MISURE DI VOLTAMMETRIA CICLICA E SPETTROSCOPIA DI EMISSIONE. IL GAP OTTICO ED IL GAP ELETTRONICO. CONFRONTO TRA LE PROPRIETÀ DEI SEMICONDUTTORI ORGANICI E INORGANICI.

PROCESSI OTTICI ED ELETTRONICI NEI SEMICONDUTTORI ORGANICI
IL TRASPORTO DI CARICA. METODI SPERIMENTALI PER LE MISURE DI MOBILITÀ. IL CONCETTO DI POLARONE. IL MECCANISMO DELL’HOPPING. EFFETTI DOVUTI AL DISORDINE. GENERAZIONE DI CORRENTE ELETTRICA. DIFFUSIONE DELLA CARICA, FENOMENI DI RICOMBINAZIONE. ANNICHILAZIONE VIA SINGLETTO-SINGOLETTO, SINGOLETTO-TRIPLETTO, TRIPLETTO-CARICA E TRIPLETTO TRIPLETTO.

PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DEI DISPOSITIVI A SEMICONDUTTORI ORGANICI
CELLE SOLARI E FOTOVOLTAICHE. CELLE DI GRATZEL, DSSC E BULK ETEROJUNCTION. EFFICIENZA DI UNA CELLA. STRATEGIE UTILI PER INCREMENTARE LA CORRENTE FOTOINDOTTA ED IL VOLTAGGIO A CIRCUITO APERTO. LED E OLED: CARATTERISTICHE. EFFICIENZA E COLORE DI UN LED. LE SCALE CROMATICHE DEI LED. OLED A SINGOLO COLORE E BIANCHI. I FET E GLI OFET: PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO E APPLICAZIONI DEI TRANSISTOR ORGANICI.

	Metodi Didattici
	L’INSEGNAMENTO PREVEDE LEZIONI FRONTALI DELLA DURATA DI 56 ORE COMPLESSIVE (7 CFU), ESERCITAZIONI NUMERICHE PER COMPLESSIVE 36 ORE (3 CFU) ED ESERCITAZIONI DI LABORATORIO PER COMPLESSIVE 24 ORE (2 CFU). LA FREQUENZA DELLE LEZIONI IN AULA È FORTEMENTE CONSIGLIATA E QUELLA DELLE ESERCITAZIONI DI LABORATORIO È OBBLIGATORIA. PER POTER SOSTENERE L’ESAME FINALE LO STUDENTE DEVE AVER FREQUENTATO ALMENO IL 75% DELLE ORE PREVISTE DI LABORATORIO. LA MODALITÀ DI VERIFICA DELLA PRESENZA È RESA NOTA DAL DOCENTE ALL’INIZIO DELLE LEZIONI.

Metodi Didattici

L’INSEGNAMENTO PREVEDE LEZIONI FRONTALI DELLA DURATA DI 56 ORE COMPLESSIVE (7 CFU), ESERCITAZIONI NUMERICHE PER COMPLESSIVE 36 ORE (3 CFU) ED ESERCITAZIONI DI LABORATORIO PER COMPLESSIVE 24 ORE (2 CFU). LA FREQUENZA DELLE LEZIONI IN AULA È FORTEMENTE CONSIGLIATA E QUELLA DELLE ESERCITAZIONI DI LABORATORIO È OBBLIGATORIA. PER POTER SOSTENERE L’ESAME FINALE LO STUDENTE DEVE AVER FREQUENTATO ALMENO IL 75% DELLE ORE PREVISTE DI LABORATORIO. LA MODALITÀ DI VERIFICA DELLA PRESENZA È RESA NOTA DAL DOCENTE ALL’INIZIO DELLE LEZIONI.

	Verifica dell'apprendimento
	IL RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI DELL’INSEGNAMENTO È CERTIFICATO MEDIANTE IL SUPERAMENTO DI UN ESAME CON VALUTAZIONE IN TRENTESIMI. L'ESAME CONSISTE IN UNA PROVA ORALE A CUI SI HA ACCESSO SOLO DOPO AVER CONSEGNATO LE RELAZIONI RIGUARDANTI LE ESERCITAZIONI DI LABORATORIO. LA PROVA ORALE CONSISTE IN UN COLLOQUIO LA CUI PRIMA DOMANDA È VOLTA A VERIFICARE LA COMPRENSIONE PROPRIA DI UNA DELLE ESPERIENZE DI LABORATORIO. LE SUCCESSIVE DOMANDE E DISCUSSIONI RIGUARDANO I CONTENUTI TEORICI E METODOLOGICI INDICATI NEL PROGRAMMA DELL’INSEGNAMENTO. ESSE SONO FINALIZZATE AD ACCERTARE IL LIVELLO DI CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE RAGGIUNTO DALLO STUDENTE SULLE TEMATICHE PRESENTATE, NONCHÉ A VERIFICARE LA CAPACITÀ DI ESPOSIZIONE RICORRENDO ALLA TERMINOLOGIA APPROPRIATA E LA CAPACITÀ DI ORGANIZZAZIONE AUTONOMA DELL'ESPOSIZIONE.

Verifica dell'apprendimento

IL RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI DELL’INSEGNAMENTO È CERTIFICATO MEDIANTE IL SUPERAMENTO DI UN ESAME CON VALUTAZIONE IN TRENTESIMI. L'ESAME CONSISTE IN UNA PROVA ORALE A CUI SI HA ACCESSO SOLO DOPO AVER CONSEGNATO LE RELAZIONI RIGUARDANTI LE ESERCITAZIONI DI LABORATORIO. LA PROVA ORALE CONSISTE IN UN COLLOQUIO LA CUI PRIMA DOMANDA È VOLTA A VERIFICARE LA COMPRENSIONE PROPRIA DI UNA DELLE ESPERIENZE DI LABORATORIO. LE SUCCESSIVE DOMANDE E DISCUSSIONI RIGUARDANO I CONTENUTI TEORICI E METODOLOGICI INDICATI NEL PROGRAMMA DELL’INSEGNAMENTO. ESSE SONO FINALIZZATE AD ACCERTARE IL LIVELLO DI CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE RAGGIUNTO DALLO STUDENTE SULLE TEMATICHE PRESENTATE, NONCHÉ A VERIFICARE LA CAPACITÀ DI ESPOSIZIONE RICORRENDO ALLA TERMINOLOGIA APPROPRIATA E LA CAPACITÀ DI ORGANIZZAZIONE AUTONOMA DELL'ESPOSIZIONE.

	Testi
	"ELECTRONIC PROCESSES IN ORGANIC SEMICONDUCTORS" A. KÖHLER, H. BÄSSLER, 2015 WILEY-VCH "ELECTRONIC STRUCTURE OF MATERIALS" A.P. SUTTON (OXFORD SCIENCE PUBLICATIONS) "ELECTRONS IN MOLECULES - FROM BASIC PRINCIPLES TO MOLECULAR ELECTRONICS" J.-P. LAUNAY, M. VERDAGUER, OXFORD UNIVERSITY PRESS "CHIMICA FISICA: UN APPROCCIO MOLECOLARE"; D.A. MCQUARRIE, J. D. SIMON ; ZANICHELLI "QUANTUM CHEMISTRY"; 7 ED I.N. LEVINE, PEARSON

Testi

"ELECTRONIC PROCESSES IN ORGANIC SEMICONDUCTORS" A. KÖHLER, H. BÄSSLER, 2015 WILEY-VCH
"ELECTRONIC STRUCTURE OF MATERIALS" A.P. SUTTON (OXFORD SCIENCE PUBLICATIONS)
"ELECTRONS IN MOLECULES - FROM BASIC PRINCIPLES TO MOLECULAR ELECTRONICS" J.-P. LAUNAY, M. VERDAGUER, OXFORD UNIVERSITY PRESS
"CHIMICA FISICA: UN APPROCCIO MOLECOLARE"; D.A. MCQUARRIE, J. D. SIMON ; ZANICHELLI
"QUANTUM CHEMISTRY"; 7 ED I.N. LEVINE, PEARSON

	Altre Informazioni
	L'INSEGNAMENTO È TENUTO QUASI INTERAMENTE ALLA LAVAGNA PER PERMETTERE AGLI STUDENTI DI SEGUIRLO CON MAGGIORE ATTENZIONE. SOLO OCCASIONALMENTE SARANNO PROIETTATI DEI LUCIDI. SONO ANCHE DISPONIBILI DISPENSE CHE TRATTANO ALCUNE PARTI DEL CORSO.

BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2021-02-19]

Andrea PELUSO | DISPOSITIVI ELETTRO-OTTICI PER LO SVILUPPO SOSTENIBILE