Ingegneria delle Nanotecnologie - Nanotechnology Engineering

SENSORS AND ELECTRICAL-ELECTROMAGNETIC CHARACTERIZATION LABORATORY

Obiettivi formativi

Gli obiettivi principali del corso sono: 1) descrivere i metodi e gli strumenti comunemente impiegati per la caratterizzazione delle proprietà elettriche ed elettromagnetiche di materiali micro/nanostrutturati utili in diversi campi di applicazione, che vanno dalla compatibilità elettromagnetica alla sensoristica; 2) fornire allo studente nozioni di base di sensoristica e un’esperienza pratica volta alla fabbricazione e caratterizzazione di sensori fisici ottenuti mediante l’uso di nuovi micro/nano materiali. Il corso si propone quindi di fornire all'allievo le nozioni necessarie: a) per la comprensione dei principi teorici che stanno alla base dei metodi di misura adottati, del funzionamento della strumentazione, dei campi di impiego, delle procedure di acquisizione ed elaborazione dati; b) per la caratterizzazione elettrica/elettromagnetica di nuovi materiali; c) per lo sviluppo di nuovi sensori per il monitoraggio strutturale e/o l’elettronica flessibile. Alla conclusione del corso lo studente saprà: caratterizzare le proprietà elettriche/elettromagnetiche di diverse tipologie di materiali; comprendere le relazioni che intercorrono tra le proprietà dei materiali utilizzati per la realizzazione dei sensori e la loro risposta elettromeccanica; pianificare e svolgere attività di laboratorio inerenti alla fabbricazione e caratterizzazione di sensori; valutare i punti di forza e limiti di un sensore; comprendere i principi operativi e le caratteristiche degli strumenti di misura. Gli obiettivi saranno perseguiti attraverso esperienze e attività di laboratorio.

Canale 1

ALESSIO TAMBURRANO Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma

Parte 1 — Sensori -Terminologia e definizioni (sensori, segnali/sistemi, classificazioni); caratteristiche statiche e dinamiche; principi fisici (piezoresistività, piezoelettricità, elettrochimici, dielettrici lossy); circuiti di condizionamento; sensori attivi/passivi. -Laboratorio: sensori di pressione (schiume polimeriche caricate GNP), sensori di deformazione (nanocompositi, vernici piezoresistive), piezoelettrici (misura d33), sensori elettrochimici; acquisizione dati, funzioni di trasferimento, progetti con Arduino; machine learning per sensori. Parte 2 — Caratterizzazione elettrica/elettromagnetica - Permittività complessa: metodi capacitivi (teoria + codice Matlab per estrazione), trasmissione/riflessione (S‑parameters, algoritmo NRW e varianti iterative), sonda coassiale open‑ended, misure in guida d’onda e a livello wafer. - Resistività: misure di sheet resistance, resistività volumica/superficiale, percolazione DC. - Schermatura: metodi diretti/indiretti (misura di sheet‑R; SE in coassiale flangiata); RAM in spazio libero (RF). - Trasmissione su nano‑interconnessioni: metodi e misure a livello wafer.

Prerequisiti

Fondamenti di elettrotecnica.

Testi di riferimento

Appunti del docente

Modalità insegnamento

L'attività didattica è svolta con: - lezioni frontali volte ad introdurre diverse tipologie di sensori, nuovi materiali per la sensoristica, metodi e strumenti di misura - esperienze di gruppo in laboratorio con il fine di : a) applicare i diversi metodi introdotti per la caratterizzazione elettrica/elettromagnetica di materiali micro/nano strutturati. b) fabbricare nuovi sensori e caratterizzarne le proprietà

Frequenza

La frequenza non è obbligatoria ma altamente raccomandata.

Modalità di esame

La prova d’esame consiste: 1) nella redazione scritta di un elaborato di approfondimento su un tema attinente ad uno o più argomenti trattati durante il corso o nella stesura di una relazione di una o più esperienze di laboratorio in cui vengono descritti gli obiettivi, l'attività svolta, i risultati ottenuti e, nel caso di lavoro di gruppo, il contributo personale. I temi e le attività sono a scelta dello studente e concordati con il docente. Le eventuali attività di laboratorio devono essere svolte sotto la supervisione del docente. 2) in un colloquio finale durante il quale lo studente descrive il contenuto della tesina o della relazione di laboratorio mediante l’ausilio di diapositive (ad esempio una presentazione PowerPoint). Il voto (in trentesimi) viene calcolato sulla base della qualità dell’elaborato, della presentazione e delle risposte date alle domande poste dal docente durante il colloquio.

Bibliografia

1) Jacob Fraden - Handbook of Modern Sensors Physics, Designs, and Applications - Springer 2) L. F. Chen, et al., Microwave Electronics - Measurement and Materials Characterization, John Wiley & Sons. 3) J. Baker-Jarvis et al., "Transmission/Reflection and Short-Circuit Line Methods for Measuring Permittivity and Permeability," Natl. Inst. Stand. Technol., Tech. Note 1355-R. 4) R. Mavaddat, Network Scattering Parameters, World Scientific. 5) Nanotechnology Measurement Handbook, Keithley.

Modalità di erogazione