ING0081 - TECNOLOGIE PER LE NANOSCIENZE

insegnamento

Tipo Insegnamento:

Ins. uff. con erogazioni e cop.

Durata (ore):

60

CFU:

SSD:

FISICA SPERIMENTALE

Sede:

BRESCIA

Url:

Dettaglio Insegnamento:

INGEGNERIA ELETTRONICA E DELLE TELECOMUNICAZIONI/ELETTRONICA E STRUMENTAZIONE Anno: 3

Anno:

2025

Course Catalogue:

https://permalink.unibs.it/suacds/afcc/2025?corso=...

Periodo di attività

Primo Semestre (15/09/2025 - 23/12/2025)

Obiettivi Formativi

I progressi delle nanotecnologie sono ormai visibili a chiunque in moltissime applicazioni di ogni giorno, dalla medicina all’elettronica. L’obbiettivo del corso è introdurre i fondamenti per un’analisi accurata dei materiali in scala nanometrica di interesse dell’ingegneria elettronica e delle loro varie proprietà caratterizzanti, con particolare riguardo alle caratteristiche morfologiche, strutturali, ottiche ed elettroniche.
Il corso è articolato in due parti. La prima parte del corso è dedicata allo studio delle varie tecniche di fabbricazione e di indagine dei materiali nanostrutturati caratterizzati da una natura estremamente interdisciplinare, spesso utilizzati per lo sviluppo di sensori, applicazioni energetiche e nanomedicina. Verrà inoltre fatto un breve richiamo alla cristallografia ed alla fisica dello stato solido.
La seconda parte del corso, invece, è pratica in laboratorio ed è volta a fornire un approccio sperimentale alle varie tecniche di caratterizzazione morfologico, strutturale e funzionale dei materiali, in particolar modo dei nuovi semiconduttori di recente interesse per l’elettronica.

Prerequisiti

conoscenze basilari di analisi ed algebra, fisica ed elettromagnetismo

Metodi didattici

Le lezioni si dividono in lezioni teoriche ed esperienze pratiche.
Durante le lezioni teoriche vengono presentati i vari argomenti del corso cercando di metterli sempre in relazione con qualcosa di pratico e cercando di andare oltre le equazioni, di presentare la bellezza della fisica e della scienza dei materiali.
Le lezioni sono svolte per la maggior parte alla lavagna con il supporto dei lucidi.
Le slide riassuntive sono disponibili.
Le esperienze pratiche consentono agli studenti di provare con mano a fabbricare alcune delle nanostrutture studiate durante le lezioni teoriche. Inoltre, grazie alla strumentazione presente il laboratorio, gli studenti si occuperanno di studiare le nanostrutture fabbricate per determinare la forma, la morfologia e le proprietà strutturali, ottiche ed elettriche.

Verifica Apprendimento

L'apprendimento verrà verificato sia durante le esperienze pratiche che alla fine mediante un esame orale in cui verranno fatte domande semplici volte a verificare le conoscenze acquisite.

Testi

La materia copre numerosi aspetti della fisica dei materiali che non possono essere reperiti in un solo libro, tra i più importanti sullo stato solido consigliamo la versione italiana o inglese di:
"Introduction to Solid State Physics" Kittel
"Solid State Physics" Ashcroft, Neil W., Mermin, N. David
Per la strumentazione che verrà trattata ed usata, forniremo dei lucidi che daranno le necessarie informazioni.

Contenuti

Lezioni Frontali:
Richiami di fisica dello stato solido e cristallografia.
•⁠ ⁠Amorfi, nanocristalli e cristalli
•⁠ ⁠Definizione di materiali amorfi, vetrosi, nanostrutturati e policristallini.
Tecniche di deposizione tradizionali:
•⁠ ⁠Deposizione da fase fisica (PVD) e fase chimica (CVD).
•⁠ ⁠Ossidazione anodica e termica
•⁠ ⁠Deposizione da fase liquida
Nanostrutture ed eterostrutture:
•⁠ ⁠Classificazione delle nanostrutture
•⁠ ⁠Tecniche di preparazione bottom-up e top-down
Basi teoriche fondamentali della diffrazione Elettronica e Ottica di materiali cristallini
Tecniche di caratterizzazione dei materiali.
•⁠ ⁠Analisi morfologico strutturale con microscopia ottica, a forza atomica (AFM) ed elettronica a scansione (SEM) e trasmissione (TEM).
•⁠ ⁠Tecniche spettroscopiche ottiche (UV-VIS, FTIR, XRD, RAMAN).
•⁠ ⁠Cromatografie
•⁠ ⁠Altre tecniche di indagine
Nanosensori ed altre applicazioni dei materiali (sensori di gas, LED, energy storage & harvesting,…).
Nanomateriali in medicina
Impatto ambientale e sostenibilità delle nanotecnologie

Esperienze di laboratorio:
Preparazione di campioni nanostrutturati da fase vapore ed ossidazione termica
•⁠ ⁠Pulizia di campioni
•⁠ ⁠Magnetron Sputtering per la deposizione di film sottili
•⁠ ⁠Processo di evaporazione-condensazione
•⁠ ⁠Ossidazione termica
Preparazione di campioni nanostrutturati da fase liquida (Idrotermale, Precipitato o Sol-Gel)
Microscopia Ottica su campioni microstrutturati:
•⁠ ⁠Analisi morfologica di campioni in riflessione e trasmissione
•⁠ ⁠Osservazioni in contrasto di fase
•⁠ ⁠Epi-fluorescenza
Microscopia elettronica a scansione (SEM) su campioni nanostrutturati:
•⁠ ⁠Analisi morfologica in alto vuoto
•⁠ ⁠Osservazioni di campioni in vuoto parziale
•⁠ ⁠Microanalisi (EDX) per composizione chimica elementale di campioni
•⁠ ⁠Microscopia in trasmissione (STEM)
Analisi spettroscopiche ottiche:
- Diffrazione a raggi X (XRD)
•⁠ ⁠Spettroscopia Raman
- Spettroscopia nel campo del visibile e UV (UV-VIS)
Indagine superficiale con microscopia a forza atomica (AFM) e relative tecniche:
•⁠ ⁠Analisi morfologica
•⁠ ⁠Misure elettriche di conducibilità locale
•⁠ ⁠Spettroscopia di forza
•⁠ ⁠AFM-RAMAN colocalizzato
Angolo di contatto, misure elettriche:
•⁠ ⁠Adesione fra liquidi e superfici (Contact angle)
•⁠ ⁠Misure 4 punte per conducibilità superficiale