L'insegnamento è organizzato come segue:

Obiettivi di apprendimento

L’insegnamento si propone di fornire allo studente conoscenze teoriche e sperimentali per lo sviluppo, la sintesi e la caratterizzazione chimico-fisica di nanomateriali per applicazioni industriali, agro-alimentari e biomediche in un’ottica di sviluppo sostenibile ed economia circolare. Verranno dapprima affrontati alcuni aspetti di base riguardanti le proprietà di sistemi nanostrutturati. L’attenzione sarà poi focalizzata su svariate tipologie di nanomateriali, principalmente inorganici, opportunamente funzionalizzati per la diagnostica, sensoristica, conversione e immagazzinamento di energia, trasporto di sostanze. Verranno considerati anche nanomateriali come catalizzatori per processi produttivi e di trasformazione delle risorse. L’insegnamento prevede anche lo svolgimento in laboratorio di alcune esperienze riguardanti la sintesi e la caratterizzazione delle proprietà di nanomateriali. Tale attività di laboratorio ha l’obiettivo di fornire competenze complementari e capacità critiche per applicazioni pratiche di nanomateriali funzionalizzati in ambito Biotecnologico e di Chimica Verde, oltre che ad ottimizzare la manualità in un laboratorio chimico.

Programma

TEORIA
Nanomateriali: definizione e peculiarità. Tipologie di nanomateriali (organici, inorganici, ibridi organico-inorganici). Nanomateriali 1D e 2D. Nanostrutture gerarchiche.
Importanza della superficie in nanomateriali. Fenomeni influenzati dalla superficie. Aspetti termodinamici di fasi nanometriche.
Cenni alla teoria delle bande. Nanomateriali semiconduttori e Quantum Dots: proprietà elettroniche e spettroscopiche.
Nanomateriali a base di fluoruri attivati con ioni lantanidi luminescenti. Carbon Dots luminescenti.
Nanoparticelle di metalli nobili e loro proprietà plasmoniche. Nanomateriali a base di ossidi per fotocatalisi.
Nanoparticelle magnetiche. Nanocompositi organico-inorganici.
Nanostrutture multifunzionali attivabili da stimoli esterni per diagnostica, drug-delivery e per trattamenti curativi in nanomedicina.
Sintesi di nanoparticelle in soluzione con metodiche “green chemistry” (coprecipitazione, sol-gel, solvotermale, micelle inverse e liquidi ionici). Sintesi assistite da microonde. Strategie per ottenere diverse porosità, dimensioni e morfologie (nanorods, core@shell) di nanoparticelle. Funzionalizzazione superficiale di nanoparticelle inorganiche.
Analisi chimico-fisica di nanostrutture (strutturale, morfologica, colloidale). Indagine spettroscopica nel campo ottico (UV, visibile e infrarosso) su nanoparticelle luminescenti. Indagine delle proprietà vibrazionali di nanoparticelle con spettroscopia infrarossa.
ESPERIENZE DI LABORATORIO
1) Sintesi di nanoparticelle metalliche (Au, Ag) in soluzione e loro caratterizzazione spettroscopica nel campo ottico (UV e visibile). Indagine delle proprietà colloidali.
2) Preparazione di nanoparticelle di magnetite (Fe3O4) in soluzione. Studio delle proprietà colloidali.
3) Preparazione di nanoparticelle di fluoruri di metalli alcalino-terrosi (CaF2 e SrF2) funzionalizzate con ioni lantanidi luminescenti in ambiente acquoso e loro ricoprimento con una shell di silice mediante tecnica sol-gel. Caratterizzazione colloidale delle nanoparticelle. Studio delle loro proprietà di emissione nel visibile a seguito di eccitazione laser nel vicino infrarosso.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La prova d'esame sarà orale, comprendente:
- una esposizione di un lavoro bibliografico su un argomento dell'Insegnamento;
- alcune domande sui vari argomenti dell'Insegnamento, sia sulla parte teorica che sulle esperienze di laboratorio.
Particolare attenzione sarà rivolta alla padronanza dei concetti, delle metodiche, degli strumenti e delle tecniche usate nelle esperienze di laboratorio.
Per entrambi gli studenti frequentanti e non frequentanti l'esame verterà su tutti gli argomenti della parte teorica e la parte di laboratorio.
Per la parte di laboratorio è richiesto un elaborato scritto riguardante le metodiche e i risultati ottenuti durante le esperienze. Tale elaborato sarà caricato sulla piattaforma Moodle alla fine dell'esperienza di laboratorio.
La prova orale potrà essere svolta anche fuori appello, previo appuntamento col Docente del Corso.
Il voto finale terrà conto sia della prova orale che delle relazioni sulle esperienze di laboratorio.