Teoria e esperienze di laboratorio riguardanti tecniche per la caratterizzazione di materiali nanostrutturati. Microscopia: Microscopia ottica e tecniche di contrasto; Microscopia di fluorescenza e confocale; Microscopia di super-risoluzione; Microscopia elettronica di scansione e trasmissione (SEM, TEM); Microscopia a forza atomica (AFM). Dispersione statica e dinamica: Raggi X, Neutroni, Luce. Quattro esperienze di laboratorio: Microscopia confocale, TEM e SEM, AFM, Dispersione di Raggi X
1- D. B. Murphy: Fundamentals of Light Microscopy and Electronic Imaging, Wiley. 2- R. Egerton: Physical Principles of Electron Microscopy: An Introduction to TEM, SEM, and AEM, Springer. 3-G. Haugstad: Atomic Force Microscopy: Understanding basic modes and advanced applications, Wiley. 4- Lindner, Zemb Eds.: Neutrons, X-Rays and Light: Scattering methods applied to soft condensed matter, North Holland.
Obiettivi Formativi
L’obiettivo formativo del corso è insegnare agli studenti l’uso di tecniche moderne per la caratterizzazione di materiali nanostrutturati in soluzione, tra cui macromolecole biologiche, polimeri sintetici, nanoparticelle e sistemi di auto-assemblaggio. Gli studenti apprenderanno i principi teorici fondamentali alla base delle tecniche sperimentali che operano nello spazio diretto e indiretto e riceveranno formazione sperimentale tramite l’uso delle tecniche di microscopia e dispersione in laboratorio.
Prerequisiti
Conoscenza della fisica chimica della materia condensata soffice e nanomateriali
Metodi Didattici
Lezioni, Tutoriali interattivi, Esperimenti in Laboratorio
Altre Informazioni
La maggior parte del materiale sarà presente sulla piattaforma Moodle
Modalità di verifica apprendimento
Valutazione delle relazioni di laboratorio, progetto finale
Programma del corso
Lezioni
Tecniche di osservazione diretta:
Microscopia ottica: a) Fondamentali: Microscopio composto; Cammini per la formazione di immagini e per l’illuminazione in un microscopio composto; Diffrazione e Interferenza nel microscopio; Risoluzione; b) Tecniche di contrasto: microscopia di campo chiaro e oscuro; contrasto di fase; microscopia di fluorescenza; microscopia confocale; microscopia di super-risoluzione; c) Applicazioni: Colloidi, polimeri, sistemi biologici.
Microscopia elettronica: a) Ottica per elettroni: Lenti elettrostatiche e magnetiche; b) Microscopia elettronica di trasmissione (TEM); Dispersione elastica ed inelastica di elettroni; Principi di generazione di contrasto nel TEM; Tecniche specializzate; Applicazioni: Nanomateriali, Colloidi, Polimeri, Sistemi biologici; d) Microscopia elettronica a scansione (SEM): Componenti di un microscopio SEM; modi SEM: emissione secondaria e backscattering; Applicazioni: Nanomateriali, Colloidi, Polimeri, Sistemi biologici.
Microscopia a forza atomica (AFM): Componenti: Punta, Cantilever, Rivelatore, Meccanismo di feedback; Topografia: Modi di contatto e non-contatto; Misure di Forza: Curve di forza-indentazione, Elasticità, Microreologia; Modi d’operazione aggiuntivi. Applicazioni: Nanomateriali, Colloidi, Polimeri, Sistemi biologici.
Metodi indiretti:
Fondamentali sulla dispersione; Interazione radiazione-materia e contrasto; Tipi di radiazione: Raggi X, Luce, Neutroni.
Scattering statico: Proprietà strutturali. Sistema con un numero discreto di fonti di dispersione; Sistemi diluiti: Fattore di forma; Sistemi concentrati: Interazioni e fattore di struttura; Lunghezze caratteristiche e vettore di dispersione; Sistemi ordinati e disordinati; Setup specializzati. Applicazioni: Nanomateriali, Colloidi, Polimeri, Sistemi biologici.
Pratiche in Laboratorio
Microscopia:
1) Studio della struttura e dinamica di una dispersione colloidale per mezzo di microscopia confocale
2) Studio di sistemi colloidali e biologici con microscopia TEM e SEM
3) Studio della topografia superficiale per mezzo di microscopia a forza atomica.
Dispersione:
4) Determinazione del fattore di forma e di struttura di un sistema di nanoparticelle con dispersione di raggi X a piccoli angoli.