MICROSCOPY AND STRUCTURAL CHARACTERIZATION TECHNIQUES - THEORY

L’insegnamento ricade tra gli insegnamenti caratterizzanti comuni al corso di laurea magistrale di Science and Technology of Bio and Nanomaterials e ha lo scopo di fornire agli studenti gli strumenti
metodologici atti alla caratterizzazione di materiali.
Obiettivi dell’insegnamento sono: fornire le conoscenze di base della cristallografia, della diffrazione a raggi-X, capire le caratteristiche e le potenzialità dei più moderni microscopi elettronici come strumenti per caratterizzare la struttura dei materiali. Il corso fornirà i fondamenti delle simmetrie dei solidi nelle due dimensioni per poi estendere i concetti al caso tridimensionale allo scopo di dare uno strumento quantitativo per la descrizione dei solidi cristallini. Queste conoscenze verrano poi utilizzate per l'interpretazione dei dati ottenuti tramite la diffrazione di Raggi-X. Il corso fornirà inoltre i fondamenti dell'ottica geometrica e successivamente le conoscenze necessarie alla comprensione del funzionamento di un microscopio elettronico. Alla fine del corso lo studente avrà le basi per ricavare dalle immagini ottenute con un microscopio elettronico le informazioni strutturali e morfologiche di interesse. Le parti pratiche (laboratorio ed esercizi saranno focalizzate principalmente sullo studio di nanoparticelle e materiali ibridi. Alla fine del corso lo studente avrà le basi per identificare le fasi cristalline presenti in qualsivoglia materiale, calcolare le dimensioni caratteristiche delle particelle, studiare nel dettaglio le modifiche strutturali a seguito di drogaggio dei materiali.

La frequenza e la partecipazione attiva alle attività formative proposte dal corso (lezioni
frontali, esercitazioni) e lo studio individuale
consentiranno agli studenti di raggiungere il seguente grado di conoscenza e comprensione:
1. acquisire i metodi principali per la classificazione dei solidi in base alle loro proprietà di simmetria;
2. apprendere le tecniche di diffrazione di raggi-X e di microscopia elettronica per lo studio e l'analisi di materiali anche nanostrutturati.
Lo studente acquisirà la capacità di applicare conoscenza e comprensione per lo studio di sistemi a dimensione nanometrica
correlando le proprietà dimensionali/strutturali con le proprietà macroscopiche.
La capacità di giudizio consisterà nel sapere applicare lo studio relativo alle proprietà del mondo a dimensione nanometrica in ambito tecnologico ed applicativo.

Il corso farà elevato uso di metodi matematici quindi la conoscenza del calcolo differenziale ed integrale è essenziale, inoltre i concetti di base di Fisica I e di Fisica II, in special modo onde ed elettromagnetismo
saranno necessari per poter frequentare in modo proficuo questo insegnamento.

Introduzione alla cristallografia: simmetrie in 2D e 3D; i reticoli di Bravais, gruppi puntuali, gruppi spaziali. Definizione di asse di zona, legge di Weiss, spazio reciproco, reticolo reciproco. Sfera di Ewald.
Interazione fotoni-X materia, Strumentazione, tecniche di diffrazione: cristallo singolo e metodo delle polveri.
Applicazioni della diffrazione X nello studio dei materiali: equazione di Scherrer, metodo di Rietveld.
L'occhio umano: funzionamento e limiti
ottica geometrica: equazione delle lenti sottili, aberrazioni, sistemi multi-lente;
Microscopia ottica;
Ottica per elettroni: proprietà di una lente magnetica sottile, difetti delle lenti per elettroni;
Cannone elettronico: emissione termoionica, effetto Scottky ed emissione di campo;
cinematica dello scattering da parte di un nucleo atomico; scattering elettrone-elettrone; la dinamica dello scattering;
Transmission electron microscopy: tipologie di contrasto: contrasto da scattering, contrasto da diffrazione. Diffrazione elettronica; microscopia in campo chiaro e campo scuro; contrasto di fase. High resolution TEM. Tecniche di preparativa campioni.
Scanning electron microscopy: principi di funzionamento, elettroni secondari, elettroni retrodiffusi. Il SEM ambientale; preparativa campioni per SEM.
Microscopia elettronica analitica: microanalisi (EDX).

Christopher Hammond, The Basic of Crystallography and Diffraction, 4th edition, Oxford science publication, 2015.
Marc De Graef, Michael McHenry, Structure of Materials, Cambridge University Press, 2012.
Pecharsky Vitalij, Zavalij Peter, Fundamentals of Powder Diffraction and Structural Characterization of Materials,Springer. Berlin, 2008.
Fultz Brent, Howe James, Transmission Electron Microscopy and Diffractometry of Materials, Springer 4th edition 2013.
Ray F. Egerton Physical Principles of Electron Microscopy An Introduction to TEM, SEM, and AEM, Springer Nature , 2nd edition, 2016
David B. Williams, C. Barry Carter, Springer; 2nd edition (2009).Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science.

Le conoscenze acquisite dagli studenti saranno verificate tramite un'esame orale, dove gli studenti dovranno risolvere degli esercizi numerici relativi agli argomenti trattati a lezione. Inoltre gli studenti dovranno rispondere a domande che verteranno su argomenti trattati a lezione.

scritto e orale

Il voto finale viene espresso in trentesimi, ed è dato dalla media aritmetica del punteggio acquisito con le risposte alle domande della sessione scritta e di quello acquisito con la discussione durante la sessione orale di esame.

lezioni frontali alla lavagna

Gli studenti per accedere alla prova di esame devono aver frequentato almeno il 80% delle lezioni.

Accessibilità, Disabilità e Inclusione

Accomodamenti e Servizi di Supporto per studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento:
Ca’ Foscari applica la Legge Italiana (Legge 17/1999; Legge 170/2010) per i servizi di supporto e di accomodamento disponibili agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento. In caso di disabilità motoria, visiva, dell’udito o altre disabilità (Legge 17/1999) o un disturbo specifico dell’apprendimento (Legge 170/2010) e si necessita di supporto (assistenza in aula, ausili tecnologici per lo svolgimento di esami o esami individualizzati, materiale in formato accessibile, recupero appunti, tutorato specialistico a supporto dello studio, interpreti o altro), si contatti l’ufficio Disabilità e DSA disabilita@unive.it.

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Economia circolare, innovazione, lavoro" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile