ALESSANDRO LANDI | 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
	2023/2024

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
	ALESSANDRO LANDI 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
	L’INSEGNAMENTO È DIVISO IN DUE MODULI (A, DA 92 ORE, B DA 24 ORE). IL MODULO A CONSTA DI 32 ORE DI LEZIONI FRONTALI TEORICHE, 36 ORE DI ESERCITAZIONI E 24 ORE DI LABORATORIO COMPUTAZIONALE, QUEST'ULTIMO A FREQUENZA OBBLIGATORIA. IL MODULO B CONSISTE DI 24 ORE DI LEZIONI FRONTALI TEORICHE. MODULO A: LEZIONI ED ESERCITAZIONI APPLICAZIONI DEI SEMICONDUTTORI (LEZ.2 ORE+ESERC.3 ORE). IL METODO DI HUCKEL (LEZ.2 ORE+ESERC.3 ORE). 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, CASO MONODIMENSIONALE (LEZ.1 ORA+ESERC.4 ORE). L’ORDINE DI LEGAME DEL SISTEMA INFINITO. ORBITALI NEL CRISTALLO MONODIMENSIONALE. IL CRISTALLO COME “MOLECOLA GIGANTE”. LE FUNZIONI D’ONDA DI BLOCH (LEZ.3 ORE). ORBITALI DI CRISTALLI BI E TRIDIMENSIONALI (LEZ.2 ORE+ESERC.3 ORE). LA DENSITÀ DEGLI STATI ED IL MODELLO A BANDE (LEZ.2 ORE). CONDUTTORI, ISOLANTI, SEMICONDUTTORI (LEZ.1 ORA+ESERC.4 ORE). IL MODELLO DELL’ELETTRONE LIBERO E LA DISTRIBUZIONE DI FERMI (LEZ.2 ORE+ESERC.3 ORE). IL BANDGAP. CONDUCIBILITÀ ELETTRICA. LE DISTORSIONI DI PEIERLS: IL POLIACETILENE (ESERC.2 ORE) LA LEGGE DI OHM IN FORMA LOCALE, IL CONCETTO DI MASSA EFFICACE (LEZ.2 ORE+ ESERC.3 ORE). FENOMENI CINETICI ASSOCIATI ALLA CONDUZIONE (LEZ.1 ORA+ESERC.1 ORA). SEMICONDUTTORI A BANDGAP DIRETTO E INDIRETTO. LA GIUNZIONE PN (LEZ.2+ESERC.3 ORE).DIODO IDEALE E REALE. LOGICA DEI CIRCUITI BASATI SULLA GIUNZIONE PN (LEZ.1 ORA+ESERC.1 ORA). LEGGE DI FICK, DIFFUSIONE. LEGGE DI BEER NEI SOLIDI (LEZ.2 ORE+ESERC.1 ORA). FOTODIODI, PROCESSO XEROGRAFICO, FOTOCONDUTTIVITÀ (LEZ.2ORE+ESERC.1ORA). LE CELLE FOTOVOLTAICHE (LEZ.2 ORE+ESERC.1 ORA). I LED E GLI OLED (LEZ.2 ORE+ESERC.1 ORA). FENOMENI CINETICI ASSOCIATI ALLA CONDUTTIVITÀ, GLI SPAZI DI COLORE E GLI OLED (LEZ.2 ORE + ESERC.1 ORA). MODULO A: LABORATORIO COMPUTAZIONALE (8 ESPERIENZE DA 3 ORE CIASCUNA, PER UN TOTALE DI 24 ORE) ESPER.1: LA PROGRAMMAZIONE IN MATLAB. ESPER. 2: PROGRAMMAZIONE DEL METODO DI HUCKEL CON MATLAB. ESPER.3: STRUTTURA DELLE BANDE PROGRAMMATO CON IL MODELLO DEL CONTINUANTE E DEL CIRCOLANTE. ESPER.4: LA DENSITÀ DEGLI STATI E LA DELTA DI DIRAC. ESPER.5: LA CHIMICA COMPUTAZIONALE, SOTWARE DI MOLECULAR BUILDING E DI CALCOLO. IL BASIS SET. RICHIAMO SUL METODO LCAO/HF. ESPER.6: CALCOLO HF DEI MOS DI IDROCARBURI AROMATICI E CONFRONTO CON LE PREVISIONI DEL METODO DI HUCKEL. ESPER.7: I LIVELLI ENERGETICI DELL’ELETTRONE. CALCOLO DEL POTENZIALE DI IONIZZAZIONE E DELL’AFFINITÀ ELETTRONICA DI SEMPLICI MOLECOLE INSATURE CON IL DFT. CONFRONTO CON I DATI SPERIMENTALI. ESPER.8: IL BANDGAP ELETTRICO ED IL BANGAP OTTICO. DETERMINAZIONE COMPUTAZIONALE (DFT) DEL BANDGAP E CONFRONTO CON I DATI SPERIMENTALI. MODULO B (24 ORE DI LEZIONI FRONTALI) STATI ELETTRONICI DELLE MOLECOLE: SINGOLETTI, TRIPLETTI, ASSORBIMENTO ED EMISSIONE. (2 ORE) TRANSIZIONI RADIATIVE: FERMI GOLDEN RULE (2 ORE). IL FATTORE ELETTRONICO E QUELLO VIBRONICO (2 ORE). RICHIAMI DI SPETTROSCOPIA: PROBABILITÀ DI TRANSIZIONE E COEFFICIENTI DI EINSTEIN, FORZE DI OSCILLATORE (2 ORE). TRANSIZIONI NON RADIATIVE: CONVERSIONE INTERNA ED INTERSYSTEM CROSSING (2 ORE). FATTORI DI FRANCK CONDON E ACCOPPIAMENTI ELETTRONICI (2 ORE). FOTOCHIMICA: FOSFORESCENZA, FLUORESCENZA E RESA QUANTICA (2 ORE). TEMPI DI VITA DEGLI STATI ECCITATI. FLASH PHOTOLYSIS E PUMP PROBE SPECTROSCOPY (2 ORE). MECCANISMI DI TRASFERIMENTO DI ENERGIA DI FORSTER E DI DEXTER (2 ORE). TRASFERIMENTO DI CARICA: TEORIA DI MARCUS (2 ORE). I LASER (2 ORE). DISPOSITIVI A SEMICONDUTTORI ORGANICI: CELLE SOLARI E FOTOVOLTAICHE. CELLE DSSC E BULK ETEROJUNCTION (2 ORE).

Contenuti

L’INSEGNAMENTO È DIVISO IN DUE MODULI (A, DA 92 ORE, B DA 24 ORE). IL MODULO A CONSTA DI 32 ORE DI LEZIONI FRONTALI TEORICHE, 36 ORE DI ESERCITAZIONI E 24 ORE DI LABORATORIO COMPUTAZIONALE, QUEST'ULTIMO A FREQUENZA OBBLIGATORIA. IL MODULO B CONSISTE DI 24 ORE DI LEZIONI FRONTALI TEORICHE.

MODULO A: LEZIONI ED ESERCITAZIONI
APPLICAZIONI DEI SEMICONDUTTORI (LEZ.2 ORE+ESERC.3 ORE). IL METODO DI HUCKEL (LEZ.2 ORE+ESERC.3 ORE). 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, CASO MONODIMENSIONALE (LEZ.1 ORA+ESERC.4 ORE). L’ORDINE DI LEGAME DEL SISTEMA INFINITO. ORBITALI NEL CRISTALLO MONODIMENSIONALE. IL CRISTALLO COME “MOLECOLA GIGANTE”. LE FUNZIONI D’ONDA DI BLOCH (LEZ.3 ORE). ORBITALI DI CRISTALLI BI E TRIDIMENSIONALI (LEZ.2 ORE+ESERC.3 ORE). LA DENSITÀ DEGLI STATI ED IL MODELLO A BANDE (LEZ.2 ORE). CONDUTTORI, ISOLANTI, SEMICONDUTTORI (LEZ.1 ORA+ESERC.4 ORE). IL MODELLO DELL’ELETTRONE LIBERO E LA DISTRIBUZIONE DI FERMI (LEZ.2 ORE+ESERC.3 ORE). IL BANDGAP. CONDUCIBILITÀ ELETTRICA. LE DISTORSIONI DI PEIERLS: IL POLIACETILENE (ESERC.2 ORE) LA LEGGE DI OHM IN FORMA LOCALE, IL CONCETTO DI MASSA EFFICACE (LEZ.2 ORE+ ESERC.3 ORE). FENOMENI CINETICI ASSOCIATI ALLA CONDUZIONE (LEZ.1 ORA+ESERC.1 ORA). SEMICONDUTTORI A BANDGAP DIRETTO E INDIRETTO. LA GIUNZIONE PN (LEZ.2+ESERC.3 ORE).DIODO IDEALE E REALE. LOGICA DEI CIRCUITI BASATI SULLA GIUNZIONE PN (LEZ.1 ORA+ESERC.1 ORA). LEGGE DI FICK, DIFFUSIONE. LEGGE DI BEER NEI SOLIDI (LEZ.2 ORE+ESERC.1 ORA). FOTODIODI, PROCESSO XEROGRAFICO, FOTOCONDUTTIVITÀ (LEZ.2ORE+ESERC.1ORA). LE CELLE FOTOVOLTAICHE (LEZ.2 ORE+ESERC.1 ORA). I LED E GLI OLED (LEZ.2 ORE+ESERC.1 ORA). FENOMENI CINETICI ASSOCIATI ALLA CONDUTTIVITÀ, GLI SPAZI DI COLORE E GLI OLED (LEZ.2 ORE + ESERC.1 ORA).

MODULO A: LABORATORIO COMPUTAZIONALE (8 ESPERIENZE DA 3 ORE CIASCUNA, PER UN TOTALE DI 24 ORE)
ESPER.1: LA PROGRAMMAZIONE IN MATLAB. ESPER. 2: PROGRAMMAZIONE DEL METODO DI HUCKEL CON MATLAB. ESPER.3: STRUTTURA DELLE BANDE PROGRAMMATO CON IL MODELLO DEL CONTINUANTE E DEL CIRCOLANTE. ESPER.4: LA DENSITÀ DEGLI STATI E LA DELTA DI DIRAC. ESPER.5: LA CHIMICA COMPUTAZIONALE, SOTWARE DI MOLECULAR BUILDING E DI CALCOLO. IL BASIS SET. RICHIAMO SUL METODO LCAO/HF. ESPER.6: CALCOLO HF DEI MOS DI IDROCARBURI AROMATICI E CONFRONTO CON LE PREVISIONI DEL METODO DI HUCKEL. ESPER.7: I LIVELLI ENERGETICI DELL’ELETTRONE. CALCOLO DEL POTENZIALE DI IONIZZAZIONE E DELL’AFFINITÀ ELETTRONICA DI SEMPLICI MOLECOLE INSATURE CON IL DFT. CONFRONTO CON I DATI SPERIMENTALI. ESPER.8: IL BANDGAP ELETTRICO ED IL BANGAP OTTICO. DETERMINAZIONE COMPUTAZIONALE (DFT) DEL BANDGAP E CONFRONTO CON I DATI SPERIMENTALI.

MODULO B (24 ORE DI LEZIONI FRONTALI)
STATI ELETTRONICI DELLE MOLECOLE: SINGOLETTI, TRIPLETTI, ASSORBIMENTO ED EMISSIONE. (2 ORE) TRANSIZIONI RADIATIVE: FERMI GOLDEN RULE (2 ORE). IL FATTORE ELETTRONICO E QUELLO VIBRONICO (2 ORE). RICHIAMI DI SPETTROSCOPIA: PROBABILITÀ DI TRANSIZIONE E COEFFICIENTI DI EINSTEIN, FORZE DI OSCILLATORE (2 ORE). TRANSIZIONI NON RADIATIVE: CONVERSIONE INTERNA ED INTERSYSTEM CROSSING (2 ORE). FATTORI DI FRANCK CONDON E ACCOPPIAMENTI ELETTRONICI (2 ORE). FOTOCHIMICA: FOSFORESCENZA, FLUORESCENZA E RESA QUANTICA (2 ORE). TEMPI DI VITA DEGLI STATI ECCITATI. FLASH PHOTOLYSIS E PUMP PROBE SPECTROSCOPY (2 ORE). MECCANISMI DI TRASFERIMENTO DI ENERGIA DI FORSTER E DI DEXTER (2 ORE). TRASFERIMENTO DI CARICA: TEORIA DI MARCUS (2 ORE). I LASER (2 ORE). DISPOSITIVI A SEMICONDUTTORI ORGANICI: CELLE SOLARI E FOTOVOLTAICHE. CELLE DSSC E BULK ETEROJUNCTION (2 ORE).

	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 ADRIAN KITAI, "PRINCIPLES OF SOLAR CELLS, LEDS AND DIODES THE E ROLE OF THE PN JUNCTION"

	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: 2024-11-05]

ALESSANDRO LANDI | DISPOSITIVI ELETTRO-OTTICI PER LO SVILUPPO SOSTENIBILE