2. Docenti
  3. DI BERNARDO Angelo
  4. Didattica

FISICA DEI MATERIALI E DELLE NANOTECNOLOGIE SOSTENIBILI

Angelo DI BERNARDO FISICA DEI MATERIALI E DELLE NANOTECNOLOGIE SOSTENIBILI

0512900016
DIPARTIMENTO DI FISICA "E.R. CAIANIELLO"
CORSO DI LAUREA
SCIENZE E NANOTECNOLOGIE PER LA SOSTENIBILITÀ
2024/2025

OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 2
ANNO ORDINAMENTO 2022
ANNUALE
CFUOREATTIVITÀ
1FISICA DEI MATERIALI PER LE FONTI RINNOVABILI (MODULO DI FISICA DEI MATERIALI E DELLE NANOTECNOLOGIE SOSTENIBILI)
324LEZIONE
336ESERCITAZIONE
2LABORATORIO DI NANOTECNOLOGIE (MODULO DI FISICA DEI MATERIALI E DELLE NANOTECNOLOGIE SOSTENIBILI)
324LEZIONE
336ESERCITAZIONE
ANGELO DI BERNARDO21 T Curriculum
Obiettivi
IL CORSO DI DI FISICA DEI MATERIALI E DELLE NANOTECHNOLOGIE SOSTENIBILI SI SVOLGE NEI SEMESTRI I E II DEL II ANNO DEL CORSO DI STUDI IN SCIENZE E NANOTECNOLOGIE PER LA SOSTENIBILITÀ.

IL CORSO È ARTICOLATO IN DUE MODULI DIDATTICI DA 6 CFU CIASCUNO, PER UN TOTALE DI 120 ORE DI LEZIONE.

IL CORSO MIRA A FARE ACQUISIRE AGLI STUDENTI I CONCETTI E LE NOZIONI DI BASE LEGATI ALLA FISICA DEI MATERIALI, INCLUSI MATERIALI SU SCALA NANOMETRICA, UTILIZZATI PER LA PRODUZIONE DI ENERGIE RINNOVABILI, NONCHÉ I FENOMENI FISICI E PROCESSI ALLA BASE DELLA STESSA PRODUZIONE DI ENERGIE. IN AGGIUNTA, LO STUDENTE ACQUISIRÀ CONOSCENZE DI BASE INERENTI LE PRINCIPALI TECNICHE DI FABBRICAZIONE E DI CARATTERIZZAZIONE DI NANOMATERIALI, NONCHE' LE PROPRIETÀ FISICHE PECULIARI DEI NANOMATERIALI ED IN GENERALE DI MATERIALI CON DIMENSIONE RIDOTTA.

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE.
AL TERMINE DEL CORSO, LO STUDENTE CONOSCE:
- CONCETTI DI BASE DI CRISTALLOGRAFIA, DELLA STRUTTURA A BANDE DEI MATERIALI.
- PROPRIETÀ DI TRASPORTO DI CARICA NEI SEMINCONDUTTORI E DELLE GIUNZIONI P-N.
- PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DI UN FOTODIODO E DI UNA CELLA FOTOVOLTAICA.
- NANOMATERIALI UTILIZZATI PER IL MIGLIORAMENTO DELL'EFFICIENZA DI CELLE FOTOVOLTAICHE.
- CONCETTI DI BASE DI FLUIDODINAMICA.
- PRINCIPALI PARAMETERI E COMPONENTI DI UNA TURBINA EOLICA.
- NANOMATERIALI USATI PER IL MIGLIORAMENTO DELLA PERFORMANCE E DURATA DI UNA TURBINA EOLICA.
- PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DI UN IMPIANTO IDROELETTRICO E DI NANOGENERATORI IDROELETTRICI, E DI PRODUZIONE DI ENERGIA DA MOTO DI ONDE.
- MECCANISMI DI PRODUZIONE DI ENERGIA DA FONTE GEOTERMICA.
- COMPONENTI E PRINCIPI DIMENSIONAMENTO DI IMPIANTI FOTOVOLTAICI, EOLICI, GEOTERMICI, IDROELETTRICI.
- PROPRIETÀ FISICHE DEI PRINCIPALI NANOMATERIALI TRA CUI GRAFENE, NANOTUBI DI CARBONIO, NANOFLUIDI ETC.
- PRINCIPI FISICI ALLA BASE DELL'AUTO-ASSEMBLAMENTO DI NANOSTRUTTURE E FABBRICAZIONE SECONDO APPROCCIO BOTTOM-UP, INCLUSO ASSEMBLAMENTO DI MICELLE DA ANFIFILI, DNA ORIGAMI, ASSEMBLAMENO DI MONOSTRATI MOLECOLARI.
- PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DELLE PRINCIPALI TECNICHE DI NANOFABBRICAZIONE CON APPROCCIO TOP-DOWN TRA CUI LITROGRAFIA OTTICA E A FASCIO ELETTRONICO.
- PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DI ALCUNE TECNICHE DI NANOCARATTERIZZAZIONE INCLUSA MICROSCOPIA A MICROSCOPIO ELETTRONICO E SPETTROSCOPIA RAMAN.
- PROPRIETÀ FISICHE CARATTERISTICHE DEI DI NANOMATERIALI TRA CUI POTENZIALE ZETA E FORMAZIONE DI DOPPIO STRATO ELETTRONICO.
- PRINCIPI DI TRASPORTO ELETTRONICO IN NANOSTRUTTURE: RESISTENZA DI LANDAUER, BLOCCAGGIO DI COLOUMB, TUNNELING RISONANTE, VARIAZIONE DELLA DENSITÀ DI STATI IN FUNZIONE DELLA DIMENSIONALITÀ.

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE.
AL TERMINE DEL CORSO, LO STUDENTE È IN GRADO DI:
- MISURARE I PRINCIPALI PARAMETERI DI FUNZIONAMENTO DI UNA CELLA FOTOVOLTAICA, E DI QUANTIFICARNE LA CORRISPETTIVA EFFICIENZA.
- DETERMINARE I PARAMETERI DI FUNZIONAMENTO DI UNA TURBINA EOLICA E VALUTARE I SITI MIGLIORI PER LA SUA INSTALLAZIONE.
- COMPRENDERE IL FUNZIONAMENTO DEI PRINCIPALI DISPOSITIVI IMPIEGATI PER L’ACCUMULO DI ENERGIA RINNOVABILE, PER LA CARATTERIZZAZIONE DELLA LORO EFFICIENZA ENERGETICA.
- VALUTARE VANTAGGI E SVANTAGGI LEGATI A CIASCUN TIPO DI FONTE ENERGETICA RINNOVABILE IN UN SITO PRE-DEFINITO.
- DETERMINARE LA TECNICA DI NANOFABBRICAZIONE E/O NANOCARATTERIZZAZIONE PIÙ ADATTA PER UNA SPECIFICA APPLICAZIONE.

COMPETENZE TRASVERSALI.
AL TERMINE DEL CORSO, LO STUDENTE È IN GRADO DI:
- APPLICARE LE CONOSCENZE ACQUISITE A CONTESTI DIFFERENTI DA QUELLI PRESENTATI DURANTE IL CORSO, INCLUSI PICCOLI PROGETTI DI RICERCA AFFERENTI AL COMPO DELLE NANOTECNOLOGIE E DEI NANOMATERIALI, NONCHÈ PROGETTI DI TIROCINIO PRESSO AZIENDE OPERANTI NEL CAMPO DELLA PRODUZIONE DI ENERGIA DA FONTE RINNOVABILE.

- APPROFONDIRE GLI ARGOMENTI TRATTATI USANDO MATERIALI DIVERSI DA QUELLI PROPOSTI, INCLUSI ARTICOLI SCIENTIFICI RIPORTANTI GLI ULTIMI RISULTATI SULL'APPLICAZIONE DEI NANOMATERIALI PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA DA FONTE RINNOVABILE.
Prerequisiti
L’INSEGNAMENTO PRESUPPONE CONCETTI DI FISICA E CHIMICA DI BASE, CHE DOVREBBERO ESSERE ACQUISITI DALLO STUDENTE DURANTE IL PRIMO ANNO DEL CORSO DI LAUREA. IN AGGIUNTA, SONO NECESSARIE CONOSCENZE DI BASE DI MATEMATICA PER LE ESERCITAZIONI PREVISTE COME PARTE DEL CORSO.
Contenuti
GLI ARGOMENTI AFFRONTATI NELLE LEZIONI IN AULA INCLUDONO:


• PRINCIPI DI FISICA DELLO STATO SOLIDO: CONCETTI DI BASE DI CRISTALLOGRAFIA, MODELLO AD ELETTRONI LIBERI, DISTRIBUZIONE DI FERMI-DIRAC, LIVELLO DI FERMI E DENSITÀ DI STATI IN 3D, STRUTTURA A BANDA DEI MATERIALI ED ORIGINE DEL GAP DI ENERGIA, TRASPORTO ELETTONICO IN SOLIDI E SEMICONDUTTORI, STRUTTURA A BANDE DEL SI, CONCENTRAZIONE DEI PORTATORI DI CARICA (INTRINSECHI) ALL'EQUILIBRIO, DOPAGGIO DEI SEMICONDUTTORI, GIUNZIONE P-N, GENERAZIONE/RICOMBINAZIONE DI CARICA IN UNA GIUNZIONE FUORI DALL'EQUILIBRIO (15 ORE DI LEZIONE + 6 ORE DI ESERCITAZIONE).

• MATERIALI, PROCESSI E NANOTECNOLOGIE PER ENERGIA FOTOVOLTAICA: FOTODIODI E CELLE FOTOVOLTAICHE, PARAMETERI DI UNA CELLA FOTOVOLTAICA SOTTOPOSTA AD IRRAGGIAMENTO, EFFICIENZA QUANTICA DI UNA CELLA FOTOVOLTAICA, LIMITE AD EFFICIENZA DI UNA CELLA FOTOVOLTAICA, PRINCIPALI TIPOLOGIE E GENERAZIONI DI CELLE FOTOVOLTAICHE INCLUSE CELLE AL SILICIO, CELLE FOTOVOLTAICHE A FILM SOTTILE, CELLE SOLARI A PIGMENTI SENSIBILI, A PEROVSKITA, NANOTECNOLOGIE E NANOMATERIALI PER IL MIGLIORAMENTO DELL'EFFICIENZA DELLE CELLE FOTOVOLTAICHE, NANOTECNOLOGIE PER FOTOVOLTAICO TERMICO, NANOMATERIALI A VARIAZIONE DI FASE, METODI DI PRODUZIONE DEL SI PER CELLE FOTOVOLTAICHE (PROCESSO SIEMENS, METODO CZOCHRALSKI), STRUTTURA DI UN PANELLO FOTOVOLTAICO, TIPOLOGIE DI IMPIANTI FOTOVOLTAICI, COLLEGAMENTO DEI MODULI IN UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO, DIODI DI BLOCCO E DI BYPASS, VALUTAZIONE DEL FOTOVOLTAICO IN BASE ALL'ENERGY PAYBACK TIME (15 ORE DI LEZIONE + 8 ORE DI LABORATORIO + 3 ORE DI ESERCITAZIONE).

• PRINCIPI DI DINAMICA DEI FLUIDI: EQUAZIONE DI BERNOULLI, LEGGE DI CONSERVAZIONE DELLA QUANTITÀ DI MOTO, VISCOSITÀ E MOTO LAMINARE (2 ORE LEZIONE + 3 ORE DI ESERCITAZIONE).

• MATERIALI, PROCESSI E NANOTECNOLOGIE PER ENERGIA EOLICA: ESTRAZIONE DI ENERGIA DA UNA TURBINA EOLICA, CALCOLO DEL COEFFCIENTE DI POTENZA DI UNA TURBINA EOLICA, TEORIA DEL MOMENTO ASSIALE E LIMITE DI BETZ, CALCOLO DELLA FORZA ASSIALE (DI SPINTA) E DEL MOMENTO TORCENTE, TEORIA DELLA QUANTITÀ DI MOTO ANGOLARE APPLICATA AD UNA TURBINA, FORZE DI TRASCINAMENTO E DI SOLLEVAMENTO, CALCOLO DELLA VELOCITÀ DI ROTAZIONE OTTIMALE, TIPOLOGIE DI TURBINE EOLICHE, CONSIDERAZIONI ECONOMICHE E SU POTENZA DEGLI IMPIANTI EOLICI, VELOCITÀ DEL VENTO E SCALA DI BEAUFORT, SISTEMI PER LA MISURAZIONE DELLA VELOCITÀ DEL VENTO E VARIAZIONE CON ALTEZZA, DISTRIBUZIONE DI WEIBULL E DI RAYLEIGH, COMPONENTI DI UNA PALA EOLICA E PRINCIPALI TECNICHE DI FABBRICAZIONE, NANOMATERIALI CON PROPRIETÀ TIXOTROPICA COME SUPECOLLANTI (17 ORE LEZIONE + 3 ORE ESERCITAZIONE).

• PROCESSI NANOTECNOLOGICI E FISICA DEI MATERIALI PER ENERGIE RINNOVABILI: CARATTERIZZAZIONE DI NANOMATERIALI CON MICROSCOPIO A SCANSIONE ELETTRONICA (SEM), PRINCIPALI COMPONENTI E PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DI UN SEM, MECCANISMI DI INTERAZIONE ELETTRONE-MATERIA, RICOSTRUZIONI DI IMMAGINI DA ELETTRONI SECONDARI E RETRODIFUSSI, TECNICA DI SPETTROSCPIA A DISPERSIONE DI RAGGI X (EDX), SPETTROSCOPIA RAMAN, PRINCIPALI PROPRIETÀ ELETTRONICHE, TERMICHE E MECCANICHE DEL GRAFENE E DEI NANOTUBI DI CARBONIO (10 ORE LEZIONE + 6 ORE LABORATORIO)

• MATERIALI, PROCESSI E NANOTECNOLOGIE PER ENERGIA IDROELETTRICA: LEGGI FONDAMENTALI DELL’IDROSTATICA, PRINCIPI DI GENERAZIONE DI ENERGIA IDROELETTRICA, TURBINE AD IMPULSO DI PELTON E DETERMINAZIONE DEI RELATIVI PARAMETRI, TURBINE A REAZIONE, DIMENSIONAMENTO DI SISTEMI IDROELETTRICI, IMPATTO AMBIENTALE ED ECONOMICO DI SISTEMI IDROELETTRICI, NANOGENERATORI IDROELETTRICI, DOPPIO STRATO ELETTRICO E POTENZIALE ZETA, POTENZIALE ELETTROCINETICO, GENERAZIONE DI ENERGIA DA MOTO ONDOSO, ENERGIA ASSOCIATA ALL'ONDA MARINA IN ACQUA PROFONDA, ESTRAZIONE DI POTENZA DALLE ONDE IN ACQUA PROFONDA E MISURAZIONE DEI PARAMETRI DELLE ONDE (13 ORE DI LEZIONE).

• MATERIALI, PROCESSI E NANOTECNOLOGIE PER ENERGIA GEOTERMICA: CONCETTI DI BASE DI TERMODINAMICA, PROCESSI FISICI PER IL TRASFERIMENTO DI CALORE (CONDUZIONE, CONVEZIONE, IRRAGGIAMENTO), PRINCIPI DI GEOFISICA, PROPRIETÀ DELLE ROCCE, IMPIANTI GEOTERMICI, CALCOLO DEL POTENZIALE GEOTERMICO DI ROCCIA SECCA, TASSO DI ESTRAZIONE DI CALORE DA ROCCIA SECCA, SISTEMI GEOTERMICI MIGLIORATI, DIMENSIONAMENTO DELLE RISORSE GEOTERMICHE, CASI STUDIO LEGATI AD APPLICAZIONI DI NANOTECNOLOGIE PER SISTEMI DI PRODUZIONE DI ENERGIA GEOTERMICA (3 ORE LEZIONE).

• PRINCIPALI TECNICHE E FISICA ALLA BASE DELLA NANOFABBRICAZIONE DI MATERIALI: APPROCCIO BOTTOM-UP ED AUTOASSEMBLAMENTO, PRINCIPI FISICI E TERMODINAMICA DELL'AUTOASSEMBLAMENTO, ASSEMBLAMENTO DI MICELLE A PARTIRE DA ANFIFILI E CALCOLO DELLA CONCENTRAZIONE CRITICA MICELLARE, DNA ORIGAMI, AUTOASSEMBLAMENTO DI MONOSTRATI MOLECOLARI, FABBRICAZIONE CON APPROCCIO TOP-DOWN BASATA SU TECNICHE LITOGRAFICHE, LITOGRAFIA OTTICA E PRINCIPI DI DIFFRAZIONE DELLA LUCE, LITOGRAFIA A FASCIO ELETTRONICO (5 ORE LEZIONE + 5 ORE LABORATORIO + 3 ORE ESERCITAZIONE).

- PROPRIETÀ DI TRASPORTO ELETTRONICO IN NANOSTRUTTURE: RESISTENZA DI LANDAUER E CONTATTO QUANTISTICO ATOMICO, BLOCCAGGIO DI COLOUMB E TRANSISTORE A SINGOLO ELETTRONE, TUNNELING RISONANTE, VARIAZIONE DELLA DENSITÀ DI STATI CON DIMENSIONALITÀ DEL SISTEMA (3 ORE LEZIONE).
Metodi Didattici
SE TUTTI GLI STUDENTI SONO D'ACCORDO, IL CORSO PUÒ ESSERE SU RICHIESTA INSEGNATO DAL DOCENTE IN LINGUA INGLESE. QUALORA QUESTO FOSSE UN PROBLEMA, ANCHE PER UNO SOLO DEGLI STUDENTI, LE LEZIONI VERRANNO IMPARTITE IN LINGUA ITALIANA.

L’INSEGNAMENTO PREVEDE CIRCA 80 ORE DI DIDATTICA NELLA FORMA DI LEZIONI IN AULA (8 CFU), CIRCA 20 ORE (2 CFU) DI ESERCITAZIONE E 20 ORE (2 CFU) DI LABORATORIO.

LA FREQUENZA DEL CORSO NON È OBBLIGATORIA, MA È FORTEMENTE CONSIGLIATA SOPRATTUTTO PERCHÉ PROPEDEUTICA ALLE ESERCITAZIONI E ATTIVITÀ DI LABORATORIO, CHE CONTRIBUIRANNO ANCHE IN PARTE ALLA VALUTAZIONE FINALE. NELLE ESERCITAZIONI ED ATTIVITÀ DI LABORATORIO SARANNO PROPOSTI SEMPLICI ESERCIZI DI VERIFICA O REALIZZATI ESPERIMENTI (ENTRAMBI SVOLTI CON SUPPORTO DEL DOCENTE) E COLLEGATI A QUANTO PRECEDENTEMENTE TRATTATO DA UN PUNTO DI VISTA TEORICO.
Verifica dell'apprendimento
L’ESAME PREVEDE IL SUPERAMENTO DI UNA PROVA SCRITTA E DI UNA PROVA ORALE VALUTATE IN TRENTESIMI.

GLI STUDENTI AVRANNO ANCHE LA POSSIBILITÀ DI SOSTENERE UNA PROVA INTERCORSO, ALLA FINE DEL PRIMO MODULO (PRIMO SEMESTRE) DEL CORSO. NEL CASO IN CUI LO STUDENTE SUPERI LA PROVA INTERCORSO CON UNA VOTAZIONE SUPERIORE AI 18/30, LO STUDENTE AVRÀ LA FACOLTÀ DI SVOLGERE UNA PROVA SCRITTA FINALE, SEGUITA DA UNA PROVA ORALE, INCENTRATE SOLO SUGLI ARGOMENTI OGGETTO DEL SECONDO MODULO DEL CORSO.

LA VALUTAZIONE DELLE PROVE TIENE CONTO DELLA CAPACITÀ DELLO STUDENTE DI SAPER INDIVIDUARE LE STRUTTURE CRISTALLOGRAFICHE DEI MATERIALI, DI SAPERE SVOLGERE PROBLEMI LEGATI AL TRASPORTO DI CARICA IN GIUNZIONI P-N E SEMICONDUTTORI, DI SAPER DESCRIVERE E CALCOLARE I PARAMETRI FONDAMENTALI DI UNA CELLA FOTOVOLTAICA E DI UNA TURBINA EOLICA, DI SAPER INDIVIDUARE I PRINCIPALI VANTAGGI E SVANTAGGI LEGATI A CIASCUNA FONTE DI ENERGIA RINNOVABILE, DI SAPER DESCRIVERE LE PRINCIPALI APPLICAZIONI DELLE NANOTECNOLOGIE PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA DA FONTE RINNOVABILE, DI SAPER INDIVIDUARE I PROCESSI PIÙ ADATTI PER LA FABBRICAZIONE DI DETERMINATE NANOSTRUTTURE, E DI SAPER DESCRIVERE LE PRINCIPALI PROPRIETÀ FISICHE DI NANOSTRUTTURE E NANOMATERIALI.

PER IL VOTO FINALE, CHE SI OTTIENE DALLA MEDIA DEI VOTI DELLE PROVE SCRITTE ED ORALI, IL LIVELLO DI VALUTAZIONE MINIMO (18/30) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA UNA CONOSCENZA DEI CONCETTI DI BASE DELLA FISICA DEI MATERIALI NONCHÉ DEI PROCESSI E DELLE NANOTECNOLOGIE UTILIZZATI PER LA PRODUZIONE DI ENERGIE SOSTENIBILI.

IL LIVELLO MASSIMO DI VALUTAZIONE (30/30) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE MOSTRA UNA BUONA PADRONANZA DI TUTTI I CONCETTI, METODI E TECNICHE DISCUSSI NEL CORSO DELLE LEZIONI.

LA LODE VIENE ATTRIBUITA QUANDO IL CANDIDATO MOSTRA DI AVER APPROFONDITO I CONTENUTI DEL CORSO, ANCHE OLTRE IL LIVELLO DI PRESENTAZIONE DEGLI STESSI NEL CORSO DELLE LEZIONI, E DIMOSTRA DI SAPER PRESENTARE GLI ARGOMENTI TRATTATI CON NOTEVOLE PROPRIETÀ DI LINGUAGGIO.
Testi
J. TWIDELL E T. WEIR, "RENEWABLE ENERGY RESOURCES" (2ND ED., TAYLOR AND FRANCIS GROUP).

R. L. JAFFE E W. TAYLOR, "THE PHYSICS OF ENERGY" (CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS).

LE DIAPOSITIVE DELLE LEZIONI VERRANNO RESE DISPONIBILI DAL DOCENTE E CARICATE SIA SU ZOOM CHE SU CLOUD.
Altre Informazioni
IN CASO DI DOMANDE O CHIARIMENTI, SI PREGA DI CONTATTARE IL DOCENTE ALL'INDIRIZZO ADIBERNARDO@UNISA.IT.
Orari Lezioni

  BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2024-11-29]