CFU
8
Durata
14 Settimane
Semestre DD
Primo
La tecnologia dell’optoelettronica organica o ibrida si basa su nuovi materiali semiconduttori basati su composti del carbonio come molecole organiche o polimeri o su materiali ibridi organici/inorganici (es. perovskiti). Questi materiali possono essere sintetizzati in modo da controllarne diverse proprietà semiconduttive utili per applicazioni come la luminescenza (LED), il trasporto e la mobilità di carica (transistor), l’assorbimento di luce (photodiodi e celle fotovoltaiche), e la modulazione di tali proprietà dovute a sollecitazioni esterne (es. sensori di gas e pressione). Inoltre questi materiali non solo hanno una flessibilità meccanica intrinseca ma hanno anche la possibilità di essere depositati su larga area mediante semplici tecniche di evaporazione (es. per piccole molecole) o di stampa (es. per i polimeri solubili in solventi organici) come l’ink jet printing o la serigrafia sia su substrati rigidi che flessibili. È per questo che tale tecnologia è anche conosciuta come “plastic” o “printed” elettronics.
Dopo una introduzione alla chimica organica e alla descrizione quantistica delle molecole, dei composti organici e delle transizioni ottiche (circa il 16% dei CFU del corso), il corso esplicherà il funzionamento e le architetture dei dispositivi optoelettronici a semiconduttori organici o ibridi, in particolare gli Organic (o Polymer) Light Emitting Diodes (OLED, PLED) (circa il 25% dei CFU del corso insieme ai display), Organic Thin Film Transistors (OTFT) (circa il 9% dei CFU del corso insieme al E-Paper), Organic Solar Cells (OSC), e Perovskite Solar Cells (PSCs) (circa il 12.5% dei CFU del corso). Successivamente si studierà il funzionamento, la progettazione e le tecniche realizzative di applicazioni in via di sviluppo basate su questi dispositivi come i Flat Panel Displays OLED (oggi già in commercio come schermi di smart phones e anche televisioni), la carta elettronica (E-Paper- con il case study della Plastic Logic Ltd), e i moduli fotovoltaici.
Una parte del corso verterà sui dispositivi e sui sistemi optoelettronici per il gene detection o rilevazione genetica (circa il 12.5% dei CFU del corso). Dopo una breve introduzione sui concetti basilari della biologica molecolare e della biotecnologia, il corso mostrerà come vengono progettati, costruiti e utilizzati i gene chip arrays mediante o tecniche fotolitografiche (usando come case study Affymetrix) o tecniche come l’ink jet printing. Un caso di studio sulla fibrosi cistica illustrerà un esempio dell'utilizzo e dell'importanza di questi chip.
Una parte del corso sarà dedicata agli esperimenti di laboratorio in cui lo studente assisterà a dimostrazioni pratiche e imparerà metodi per la realizzazione di celle solari di nuova generazione e la loro caratterizzazione con simulatori solari per estrarre i parametri fondamentali (es. l'efficienza di conversione) o sotto luce monocromatica per studiare l'efficienza quantica esterna (EQE). Quindi una importante parte del corso (25% dei CFU del corso) sarà dedicata alla ricerca e approfondimento di tematiche scelte di volta in volta (includendo lezioni su ricerche bibliografiche, come dare presentazioni etc), per poi completare una tesina sotto forma di presentazione da parte dello studente su un argomento a scelta.
OBIETTIVI FORMATIVI:
Il corso di Elettronica Organica e Biologica ha lo scopo principale di dare allo studente le basi dei dispositivi optoelettronici, della scienza, dei materiali, delle tecnologie e delle applicazioni basate su semiconduttori organici o ibridi organico/inorganico (es. OLED, Celle Solari, E-Paper, OTFT). Inoltre, parte del corso introdurrà le tecnologie optoelettroniche utilizzate nell’industria della bioinformatica per la rivelazione o sequencing genetico.
L’elettronica organica o ibrida (anche conosciuta come “stampata” o “plastica”) sta conoscendo un grosso sviluppo a livello internazionale ed è stata identificata dagli organi della Comunità Europea come molto importante (e su cui investire) in quanto l’Europa è già all’avanguardia in questo settore. Alcune applicazioni sono già in commercio (come gli schermi OLED) ed altre (E-Paper, celle solari) sotto sviluppo in linea pilota di varie realtà industriali europee con progetti dimostrativi commerciali. La parte sui dispositivi optoelettronici per la rivelazione di geni o DNA si colloca anch’esso in un settore dagli ampi sviluppi futuri come la parte hardware della bio-informatica. Questo corso darà allo studente gli strumenti necessari per capire il funzionamento dei dispostivi e come vengono progettate le applicazioni in questi due settori in forte crescita a livello internazionale.
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
Il corso si prefigge di fare acquisire agli studenti una conoscenza ampia di tematiche nel campo dell’elettronica organica e biologica arricchita anche da esperienze pratiche di laboratorio.
Nel preparare la tesina sotto forma di presentazione acquisiranno la capacità di elaborare in autonomia approfondimenti e percorsi avanzati in tale ambito che si riferiscono allo stato dell’arte nella ricerca e nelle applicazioni industriali.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:
L’asse su cui si sviluppa il programma è il seguente: scienza, materiali, tecnologie, dispostivi, applicazioni. La vera comprensione da parte dello studente avviene quando riesce a mettere insieme e trovare le relazioni tra tutti gli aspetti per arrivare al design e funzionamento dell’applicazione finale. In questo i “case studies” proposti durante il corso, in particolari concentrati sulle applicazioni, insieme alle esperienze pratiche e al approfondimento su di una tematica a scelta, aiuteranno a creare i links tra le varie parti in modo tale che lo studente possa non solo comprendere il design esposto a lezione ma immaginarne e progettarne di nuovi a seconda delle esigenze o di valutazioni di requisiti tecnici nuovi che possono incontrare.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO:
La studio e la presentazione finale di una tesina in gruppi di studenti aiuteranno lo studente a identificare in autonomia il contesto scientifico ed applicativo della tematica scelta, a poter scegliere i percorsi di ricerca e dello stato dell’arte più rilevanti e importanti. Li aiuterà altresì a trovare e utilizzare criticamente i risultati della letteratura scientifica per valutare quali caratteristiche e qualità siano le più adatte per la loro esposizione e anche quali siano le tecnologie, materiali e applicazioni elettroniche più tecnologicamente e industrialmente di interesse attuale e futuro.
ABILITÀ COMUNICATIVE:
Agli studenti viene richiesto di non solo rispondere criticamente alle domande del esame orale ma preparare una relazione sintetica, sotto forma di presentazione, di una tematica da approfondire in un gruppo di lavoro composto da più studenti. Essendo il corso frequentato da studenti provenienti due (o più) corsi di studi, durante il corso viene consigliato di formare gruppo di lavoro dal background scientifico diverso (e.g. ingegneria elettronica e scienza e tecnologia dei materiali) e di preparare se possibile la presentazione in lingua inglese in modo da poter anche potenzialmente estendere la comunicazione ad un ambiente internazionale.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO:
La fusione di lezioni frontali, esperienze di laboratorio, e la preparazione di una tesina di approfondimento sono indicate a promuovere la mente dello studente di questo corso ad essere flessibile e al rapido apprendimento di nuovi concetti e metodi, sia teorici che sperimentali anche in gruppi di lavoro.