CHIMICA ANALITICA DELLE SUPERFICI E DELLE INTERFASI

Crediti: 
6
Settore scientifico disciplinare: 
CHIMICA ANALITICA (CHIM/01)
Anno accademico di offerta: 
2017/2018
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Lingua di insegnamento: 

italiano

Obiettivi formativi

Al termine del corso lo studente dovrà essere in grado di:
-conoscere e comprendere i concetti che stanno alla base di reattività e proprietà delle superfici e nanoparticelle
-conoscere le principali tecniche per costruire interfasi con determinate caratteristiche sia chimico-fisiche che di comportamento
-conoscere le principali tecniche per la caratterizzazione delle superfici ed interfasi e nanoparticelle
-comprendere i processi produttivi che caratterizzano i nuovi materiali quali il “cristallo” Swarovski, la tecnologia delle lenti multistrato, i materiali compositi e multistrato per l’industria chimica, elettronica e meccanica.
-saper analizzare e quindi proporre quali tecniche analitiche utilizzare per una determinata caratterizzazione in funzione di prestazioni, costi e tempi richiesti.
-essere in grado di accoppiare le varie tecniche analitiche per ottenere nuovi tipi di caratterizzazioni di interfasi e nanoparticelle.

Prerequisiti

Conoscenza della chimica analitica strumentale

Contenuti dell'insegnamento

I contenuti del corso riguarderanno gli aspetti analitici correlati allo studio delle superfici ed interfasi.
All’interno del corso verranno forniti esempi applicativi relativi alle attuali tecnologie in uso nell’ industria chimica elettronica e meccanica avanzate.
Il corso si articola nei seguenti punti:
-Definizioni di interfase e superficie
-Metodi classici e moderni per lo studio delle interfasi
-Attacchi chimici selettivi e non selettivi
-Tecniche di deposizione di layers
-Caratterizzazione delle superfici ed interfasi
-Tecniche di microscopia
-Fondamenti di spettroscopie di elettroni
-Spettroscopie di ioni -Fondamenti di ellissometria
-Tecniche per la determinazione di nanoparticelle.

Programma esteso

- Definizioni di interfase e superficie: materiali bulk e multilayers, tipi di interfasi, definizioni funzionali, spessore della regione di interfase e proprietà collegate, fenomeni e processi coinvolgenti superfici ed interfasi, proprietà principali delle interfasi e loro classificazione.

- Metodi classici e moderni per lo studio delle interfasi: informazioni ottenibili e campo di applicabilità, esempi di reazioni, valutazione delle caratteristiche funzionali, metodi di modifica o preparazione di una superficie, tecniche di attacco e di deposizione.

- Attacchi chimici selettivi e non selettivi: tecniche di attacco, cenni di composizione di miscele di attacco selettivo e non selettivo, funzione dei vari componenti e diagrammi di composizione ternari, effetto della temperatura e della viscosità, attacchi chimici fotoattivati.

- Tecniche di deposizione di layers: principali metodi di deposizione chimica e fisica, vantaggi , limitazioni e campo di applicabilità, cenni di tecnologia del vuoto.

- Caratterizzazione delle superfici ed interfasi: metodi di caratterizzazione morfologica e chimica, caratterizzazione morfologica, principali difetti di punto e di superficie, difetti localizzati ed estesi, propagazione dei difetti nell’ interfase, caratterizzazione chimica, inomogeneità composizionale, impurezze microprecipitati e decorazioni.

- Tecniche di microscopia: Interazione tra particelle e materiali; profondità di penetrazione nell’interfase, diffusione e retrodiffusione, risoluzione laterale ed assiale, microscopia ottica, microscopio metallografico, sistemi di illuminazione, parametri fondamentali in microscopia ottica, principali aberrazioni del sistema ottico, microscopia in campo chiaro e campo scuro, microscopia in luce monocromatica e in luce polarizzata, utilizzo combinato di microscopia ottica e attacchi chimici selettivi, l’ analisi quantitativa in microscopia ottica, principi di sistemi di acquisizione dei dati e digitalizzazione dell’ immagine, i sistemi di riconoscimento automatico esperti e non esperti, microscopia elettronica a scansione, principi di strumentazione e parametri fondamentali, l’ ingrandimento massimo, tipi di campioni analizzabili e loro preparazione, sistemi di rivelazione, tipi di informazioni ottenibili, la microsonda a fluorescenza X, rivelatore a dispersione di energia, esempi applicativi, microscopia a forza atomica e profilometria.

- Fondamenti di spettroscopie di elettroni: fondamenti di spettroscopia Auger, principi di strumentazione, campo di applicazione e principali differenze con la microsonda-X, ottenimento di profili di composizione, esempi applicativi, cenni alle altre spettroscopie di elettroni (ESCA, UPS), utilizzo combinato della microscopia elettronica, della fluorescenza X e della spettroscopia Auger.

- Spettroscopie di ioni: laser ablation ICP-MS, la spettroscopia di ioni secondari (SIMS), principi di
strumentazione, tipi di sorgenti utilizzate; analisi qualitativa e quantitativa, la preparazione degli standard, profili di concentrazione, i problemi connessi alla ripetibilità dell’ analisi.

- Fondamenti di ellissometria: ellissometria, principi di funzionamento e tipi di apparecchiature, la spettroscopia ellissometrica, informazioni ottenibili; l’acquisizione e il trattamento dei dati, il modello ellissometrico e le sue approssimazioni nei sistemi reali.

- Tecniche per la determinazione di nanoparticelle:cenni di light-scattering, one particle ICP-MS, tecniche di frazionamento in campo flusso, strategie di calibrazione bidimensionale.

Bibliografia

T.G. Rochow and E.G. Rochow, An introduction to microscopy by means
of Light, Electrons, X-ray or ultrasound - Plenum press NYC ISBN 0-306-
31111-9
Surface and Thin film analysis: principles, instrumentation, applications;
H. Hubert and H. Jenett eds - Wiley-VCH Verlag, Weinheim (D), electronic
ISBN 3-527-60016-7
R. Kellner J.M. Mermet, M. Otto, H.M. Widmer (Eds), Analytical Chemistry
(chapter 10) - Wiley-VCH (ISBN 3-527-28881-3)

Metodi didattici

Lezioni frontali. Essendo alcuni degli argomenti veramente innovativi e avanzati e dovendo condensare conoscenze interdisciplinari, si raccomanda di seguire le lezioni e di prendere appunti poiché i testi consigliati possono essere dispersivi o non coprire gli argomenti trattati perché troppo nuovi. Per gli argomenti classici verranno fornite le slides, mentre per gli argomenti più innovativi le lezioni verranno svolte alla lavagna, e agli studenti verrà fornito solo materiale per ampliare le conoscenze o articoli scientifici.

Modalità verifica apprendimento

una prova orale consistente in una discussione critica su almeno 3 argomenti principali del corso (definizioni e preparazione di superfici, tecniche analitiche, tecniche per nanoparticelle). Lo studente dovrà dimostrare di avere compreso gli argomenti e di saperli applicare, con l'aiuto del docente, anche a casi non specificatamente trattati nel corso. Il voto verrà comunicato immediatamente dopo il termine della prova.