Strutture dei sistemi allo stato solido Materia allo stato solido. Solidi cristallini. Tipi di celle elementari dei cristalli, sistemi cristallini e reticoli di Bravais. Operazioni ed elementi di simmetria. Operazioni composte di simmetria. Gruppi puntuali. Classi di simmetria. Principio di Neumann. Morfologia dei cristalli e forma del reticolo cristallino. Proprietà fisiche di un cristallo. Gruppi spaziali. Strutture cristalline semplici. Cristalli atomici. Tipi di impaccamento. Forme allotropiche. Strutture del diamante e di metalli. Cristalli si sistemi con più elementi. Struttura del polisolfonitrile. Strutture di poli-metalloftalocianine con ligandi assiali a ponte. Proprietà vibrazionali dei solidi Vibrazioni di un atomo nel cristallo per effetto di una forza elastica. Ampiezza e frequenza delle oscillazioni atomiche. Energia vibrazionale di punto zero e correlazioni con funzioni termodinamiche. Costante di Gruneisen. Equazione di stato per solidi. Assorbimento nell’IR di gruppi caratteristici presenti nei solidi polimerici organometallici. Cristalli ionici Struttura dei cristalli ionici: relazione con i raggi ionici. Stabilità dei legami elettrostatici e costante di Madelung. Forze a lungo e corto raggio. Diagramma di Lennard-Jones. Formule di energia potenziale elettrostatica per solidi ionici. Espressione di Born-Mayer. Termini correttivi nell’equazione dell’energia totale interna di un cristallo ionico. Energia libera di Helmholtz. Equazione di Hildebrand. Difetti nei cristalli ionici. Analisi termodinamica della formazione dei difetti in un cristallo ionico. Applicazione della legge di azione di massa sulla formazione dei difetti di tipo Frenkel. Determinazione sperimentale della concentrazione di difetti in un cristallo ionico. Centri F, V e H in NaCl. Equazione di Smakula. Conducibilità elettrica nei solidi Caratteristiche generali di un conduttore di elettricità. Effetti esercitati a livello macroscopico sui portatori di carica in seguito all'applicazione di un campo elettrico. Corrente elettrica e conducibilità. Casi di materiali con conducibilità elettrica scalare e tensoriale. Conducibilità elettrica di solidi ionici e polimerici. Cristalli ionici come elettroliti di stato solido. Validità della legge di Ohm. Elettroliti solidi a conduzione mista. Concetto di disordine estrinseco (drogaggio). Polimeri conduttori a conduzione mista. Numero di trasporto. Polimeri conduttori elettronici. Origine microscopica della resistenza elettrica. Teoria delle bande per metalli monodimensionali. Instabilità di Peierls. Caso del polisolfonitrile. Doping chimico di polimeri. Diffusione nei solidi polimerici. Proprietà di conduzione di polimeri organometallici. Concetti di anisotropia, monodimensionalità e direzionalità. Nanochannel, nanowire, photonic rod e trasporto di informazioni attraverso fotoni, elettroni e molecole. Analisi della conducibilità in polimeri organometallici in seguito a drogaggio. Meccanismo di hopping dei portatori di carica a range variabile e a distanza fissa. Proprietà elettroniche di polimeri organometallici con ligandi di tipo ftalocianinico. Elettrochimica dei sistemi a stato solido Corrente elettrica come reagente o prodotto di reazione. Celle galvaniche. Materiali ad intercalazione come specie elettroattive a stato solido. Esempio degli elettrodi di batterie allo ione litio. Intercalazione ed inserzione. Solidi di Van der Waals. Modelli di riempimento di sistemi ad intercalazione. Esempi di LiCoO2, WO3, LiFePO4 e TiS2. Polisolfonitrile come materiale elettrodico. Interfaccia elettrochimica con elettrodi di polisolfonitrile. Concetto di eccesso di superficie all'interfaccia tra due fasi. Modello di Helmholtz dell’interfaccia elettrochimica. Adsorbimento cationico su polisolfonitrile. Cinetica dei processi elettrochimici. Correnti anodica e catodica. Equazione di Butler-Volmer. Corrente di scambio e coefficienti di asimmetria. Sovratensione. Isoterma di adsorbimento. Reazioni su elettrodi modificati di polisolfonitrile. Dispositivi e procedure per la polimerizzazione elettrochimica dell’anilina e delle tetra-ammino ftalocianine. Voltammetria ciclica. Attribuzione dei picchi di corrente a processi redox localizzati sulle diverse unità strutturali del complesso. Fattori e condizioni operative influenzanti la cinetica di polimerizzazione e caratteristiche chimico-fisiche dei depositi elettropolimerizzati. Meccanismi di compensazione di carica per polimeri elettrodepositati. Proprietà pseudo-capacitive della poli tetra-ammino ftalocianina ed effetti di microporosità. Formula di calcolo della capacità del film polimerico elettrodepositato dalle caratteristiche del voltammogramma. Dipendenza della conducibilità della poli tetra-ammino ftalocianina dal tipo di drogaggio e dalla temperatura. Meccanismo di conduzione a tunnel fra segmenti elettronicamente coniugati con delocalizzazione di carica estesa. Polimerizzazione chimica ed elettrochimica della octa-ciano ftalocianina. Effetto elettrocatalitico della poli tetra-ammino ftalocianina verso l’ossidazione dell’acido ossalico ad anidride carbonica. Elettrocromismo catodico della poli tetra-ammino ftalocianina. Velocità di switching e contrasto ottico. Effetto dell’elettrolita di supporto sulla cinetica di colorazione. Materiali nano strutturati: caso dei nanotubi di carbonio Introduzione ai sistemi nanostrutturati e concetto di confinamento per sistemi solidi confinati a due o tre dimensioni. Nanotubi di carbonio a singola parete (SWCNT). Vettore di Hamada (C). Strutture di SWCNT a zig-zag e armchair. Nanotubi chirali. Vettore di traslazione T. Dipendenza del diametro del nanotubo di carbonio dagli indici n ed m. Cenni sulle proprietà di simmetria dei SWCNT in dipendenza del diametro. Trattazione quanto-meccanica dei nanotubi. Autovalori di energia e autofunzioni degli elettroni in SWCNT. Struttura a sotto-bande e singolarità di Van Hove. Spettri di assorbimento ed emissione dei SWCNT. Dipendenza dei parametri spettroscopici dai fattori strutturali del SWCNT. Stati metallici e stati semiconduttori dei SWCNT. Densità degli stati elettronici dei SWCNT in funzione della geometria di sovrapposizione degli orbitali p di atomi di carbonio adiacenti nel SWCNT. Determinazione del profilo di densità degli stati (DOS) per SWCNT con la tecnica della spettroscopia ad effetto tunnel con microscopio a scansione di punta (STM).

- Handbook of conducting polymers, voll. 1 e 2 (editore: Terje A. Skotheim), Wiley - Prima edizione (1986) - Solid state chemistry and its applications (Anthony R. West), Wiley - Seconda edizione (2014) - Slides delle lezioni