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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2014/2015
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 081273 - INTRODUZIONE ALLA SCIENZA DEI MATERIALI A+B
Docente Castiglioni Chiara , Ganazzoli Fabio
Cfu 10.00 Tipo insegnamento Corso Integrato

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - MI (348) INGEGNERIA DEI MATERIALI E DELLE NANOTECNOLOGIE* AZZZZ081273 - INTRODUZIONE ALLA SCIENZA DEI MATERIALI A+B
Ing Ind - Inf (Mag.)(ord. 270) - MI (401) INGEGNERIA BIOMEDICA* AZZZZ081274 - INTRODUZIONE ALLA SCIENZA DEI MATERIALI (CHIMICA)
Ing Ind - Inf (Mag.)(ord. 270) - MI (471) BIOMEDICAL ENGINEERING - INGEGNERIA BIOMEDICA* AZZZZ081274 - INTRODUZIONE ALLA SCIENZA DEI MATERIALI (CHIMICA)

Programma dettagliato e risultati di apprendimento attesi

Obiettivi e contenuto del corso

Partendo dalla descrizione della struttura atomica e delle proprietà periodiche degli elementi, si descriverà il legame chimico presente nelle diverse classi di materiali (solidi ionici, molecolari, covalenti e metallici).  Si discuteranno poi le forze intermolecolari per descrivere i solidi cristallini ed amorfi, e quindi quindi i passaggi di stato in alcuni materiali molecolari o metallici.  Si mostrerà infine come le proprietà generali di varie classi di materiali tradizionali o avanzati possono essere spiegate tramite la struttura chimica.  (Parte A)

 

Da queste basi di struttura elettronica e molecolare si discuteranno i modelli che permettono di descrivere in modo analitico e quantitativo le relazioni tra struttura e proprietà fisiche dei materiali.  In particolare, verranno forniti strumenti di fisica dei materiali per comprenderne alcune caratteristiche strutturali, meccaniche, elettriche, ottiche, termiche, e saranno presentate le basi di alcune tecniche di caratterizzazione dei materiali (microscopie, diffrattometria raggi X, spettroscopia di assorbimento UV/visibile e infrarossa). (Parte B)

 

Descrizione degli argomenti trattati

Parte A

1. Introduzione: generalità sui materiali

Stati di aggregazione: solidi, soluzioni, colloidi.  Solidi cristallini e solidi amorfi.

2. Struttura atomica

Meccanica quantistica: funzioni d'onda e orbitali atomici. Configurazioni elettroniche degli elementi, tavola periodica e principali proprietà periodiche.

3. Legame Chimico

Legame ionico. Legame covalente, strutture di Lewis, elettronegatività. Geometria molecolare e teoria VSEPR.  Orbitali molecolari ed orbitali atomici ibridi, orbitali leganti e antileganti. Orbitali delocalizzati, legame metallico e cenni alla teoria delle bande. Semiconduttori e loro drogaggio.

4. Forze intermolecolari e stati di aggregazione

Gas reali e liquidi. Forze intermocolari e legame a idrogeno. Classi di solidi cristallini.  Primi cenni ai sistemi cristallografici ed ai reticoli di Bravais.  Solidi amorfi e transizione vetrosa.  Solidi molecolari. Diagrammi di stato a un componente.  Soluzioni ideali e non ideali e legge di Raoult.  Diagrammi di stato a due componenti: azeotropi ed eutettici.

5. Struttura e legame chimico nei materiali ceramici, metallici e polimerici

Solidi ionici e covalenti: materiali ceramici.  Solidi amorfi: vetri inorganici.  Metalli.  Processi metallurgici ed elettrochimici, diagramma di Ellingham.  Materiali polimerici.  Polimeri cristallini, amorfi e semicristallini: struttura e proprietà generali.

6. Struttura e legame chimico in materiali avanzati e per applicazioni speciali

Polimeri conduttori, conduttori organici e materiali per l'elettronica.  Cristalli liquidi.  Biomateriali.

 

Parte B

 

1. Descrizione "modellistica" dei  legami intra e inter-molecolari.

Modelli di potenziali empirici per descrivere legami covalenti e ionici. Legami intermolecolari deboli (potenziale di Lennard-Jones). Potenziali per studiare le interazioni nelle molecole poliatomiche. Principi della meccanica molecolare: struttura e dinamica di molecole poliatomiche. Potenziali "ionici" nei cristalli ionici (Potenziale di Madelung) e potenziale di Lennard-Jones nei solidi molecolari (solidi di Van der Waals) Potenziali intramolecolari e moti vibrazionali di molecole e solidi (cenni di spettroscopia IR). Interazione tra atomi non legati e principi della microscopia a forza atomica.

2. Organizzazione degli atomi in materiali solidi:

  • a. Strutture cristalline. Reticoli di Bravaise e strutture cristalline. Introduzione alla diffrattometria X (Legge di Bragg) e sua applicazione.
  • b. Strutture di Materiali amorfi e semicristallini.

3. Proprietà fisiche dei materiali:

  • a. Proprietà elettriche. Trasporto di elettroni (struttura elettronica, caratteristiche delle bande elettroniche di materiali isolanti, semiconduttori, metalli); controllo della conducibilità elettrica nei semiconduttori. Cenni alle applicazioni in elettronica. Materiali dielettrici, materiali piezoelettrici e ferroelettrici.
  • b. Proprietà ottiche. Interazione radiazione-materia e descrizione dei fenomeni associati: emissione, assorbimento, luminescenza, diffusione della luce. Comportamento ottico: materiali trasparenti, riflettenti, assorbenti.
  • c. Proprietà termiche. Capacità termica e calore specifico. Dilatazione termica. Conducibilità termica.

Note Sulla Modalità di valutazione

 

  • Alla fine del primo emi-semestre, ci sarà una prova scritta della durata di 2 ore con 6 domande, nel periodo 28 aprile - 9 maggio.
  • Allievi di Ing. Biomedica: questa prova è il primo appello, e può far superare direttamente l'esame, anche se in qualche caso sarà necessario un orale (lievi insufficienze). Altri appelli d'esame saranno tenuti a fine giugno (preappello), luglio, settembre e febbraio. E' obbligatoria l'iscrizione a ciascun appello d'esame.
  • Allievi di Ing. Materiali: ci sarà una seconda prova scritta sulla parte B (prof. Castiglioni) alla fine del secondo emi-semestre (fine giugno-primi luglio). Se gli esiti delle due prove non sono entrambi sufficienti, è obbligatoria la prova di recupero sulla parte insufficiente. Questa prova di recupero (appello d'esame) si svolgerà nella seconda metà di luglio, a settembre o a febbraio.
  • Allievi di Ing. Materiali: chi non avesse sostenuto o superato la prima prova scritta (parte A) può sostenere il recupero in alternativa alla seconda prova scritta sulla parte B (che andrà sostenuta in un appello successivo).
  • Durante gli appelli si può sostenere il recupero della prova sulla parte insufficiente, oppure l'esame completo (parte A + parte B, della durata complessiva di 4 ore) se non si è sostenuta alcuna prova.

Bibliografia

Mix Forme Didattiche
Tipo Forma Didattica Ore didattiche
lezione
64.0
esercitazione
32.0
laboratorio informatico
0.0
laboratorio sperimentale
0.0
progetto
0.0
laboratorio di progetto
0.0

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di materiale didattico/slides in lingua inglese
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
Disponibilità di supporto didattico in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.1 / 1.6.1
Area Servizi ICT
18/02/2020