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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2018/2019
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 081273 - INTRODUZIONE ALLA SCIENZA DEI MATERIALI A+B
  • 081272 - INTRODUZIONE ALLA SCIENZA DEI MATERIALI B
Docente Castiglioni Chiara
Cfu 5.00 Tipo insegnamento Modulo Di Corso Strutturato

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*AM081273 - INTRODUZIONE ALLA SCIENZA DEI MATERIALI A+B

Obiettivi dell'insegnamento

A partire dagli insegnamenti impartiti nel modulo A relativi alla struttura elettronica e molecolare, si discuteranno i modelli che permettono di descrivere in modo analitico e quantitativo le interazioni interatomiche, intramolecolari ed intermolecolari che entrano in gioco dei diversi materiali e le caratteristiche strutturali che ne derivano. Saranno approfondite 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, e saranno presentate le basi di alcune tecniche di caratterizzazione dei materiali (diffrattometria raggi X, spettroscopia infrarossa). (Parte B)


Risultati di apprendimento attesi

Al termine del corso, l'allievo comprenderà e saprà come applicare gli strumenti matematico/fisici che sono stati acquisiti dai i corsi di base di Fisica Generale ed Analisi Matematica al fine di comprendere e seguire criticamente la costruzione dei modelli utili per lo studio dei materiali. In particolare dovrà essere in grado di comprendere la derivazione di alcune equazioni e il loro uso per la descrizione di fenomeni alla base della fisica molecolare e dei materiali.

Il Corso si propone di fornire il linguaggio e gli schemi interpretativi che consentono la corretta descrizione delle caratteristiche strutturali dei materiali e l'individuazione dei parametri rilevanti ai fini della descrizione di fenomeni e di proprietà.

Obbiettivo fondamentale è la conoscenza e comprensione di concetti di base nella scienza dei materiali quali: conformazione molecolare, reticolo cristallino, simmetria traslazionale, bande di energia elettroniche, trasporto di carica. 

 


Argomenti trattati

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 lo studio delle 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).

2. Organizzazione degli atomi in materiali solidi:

  • a. Strutture cristalline. Reticoli di Bravais e strutture cristalline: simmetria traslazionale e sua descrizione. Direzioni e piani cristallografici (notazione di Miller). 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.  Materiali dielettrici.
  • b. Proprietà ottiche. Interazione radiazione-materia e descrizione dei fenomeni associati: emissione, assorbimento, luminescenza, diffusione della luce. Comportamento ottico: materiali trasparenti, riflettenti, assorbenti. Costante dielettrica e indice di rifrazione: modello di Lorentz.

Prerequisiti

Il corso è fortemente improntato alla modellizzazione dei fenomeni alla base della fisica molecolare e dei materiali solidi.

I modelli considerati sono di tipo semiempirico e mutuano dai corsi di chimica generale e di introduzione alla scienza dei materiali (modulo A) alcuni concetti, derivati dalla trattazione quantistica della materia, quali il concetto di orbitale atomico e molecolare, densità di probabilità e distribuzione di carica associata.

E' di fondamentale importanza la conoscenza della fisica generale.  In particolare è necessaria la conoscenza delle forze di tipo elettrostatico tra particelle cariche, la nozione di distribuzione di carica e delle leggi che descrivono i fenomeni di trasporto di carica (legge di Ohm macroscopica e microscopica). 

Si presuppone la conoscenza della relazione tra forza e energia potenziale, la capacità di definire appropriati sistemi di coordinate che permettono di descrivere l'evoluzione temporale e le architetture di equilibrio di un sistema a più corpi.

 

 


Modalità di valutazione

Alla fine del primo emi-semestre, ci sarà una prova scritta riguardante il modulo A della durata di 2 ore con 6 domande, nel periodo 28 aprile - 9 maggio.

Ci sarà una seconda prova scritta sulla parte B 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.

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
Risorsa bibliografica obbligatoriaSlides a cura del docente https://beep.metid.polimi.it/
Note:

Slides utilizzate come supporto alle lezioni - Slides con approfondimenti o riassunto di alcuni argomenti trattati in classe

Risorsa bibliografica obbligatoriaNote del docente https://beep.metid.polimi.it/
Note:

Note preparate dal docente su alcuni degli argomenti trattati

Risorsa bibliografica obbligatoriaEsercizi svolti https://beep.metid.polimi.it/
Note:

Esercizi con descrizione della soluzione - documento preparato in collaborazione con allievi degli anni precedenti

Risorsa bibliografica obbligatoriaMarcelo Alonso, Edward J. Finn, University Fundamental Physics - Vol. III - Quantum and Statistical Physics, Editore: Addison Wesley, Anno edizione: 1968 https://beep.metid.polimi.it/
Note:

Vengono proposti per lo studio i due capitoli: "Molecules" e "Solids"

Risorsa bibliografica obbligatoriaDonald R. Askeland , Pradeep P. Fulay , Wendelin J. Wright, The Science and Engineering of Materials, Editore: Cl-Engineering; 6 edizione, Anno edizione: 2010, ISBN: 0495296023
Note:

Manuale di Scienza e Ingegneria dei Materiali, utile per una panoramica ampia e generale sulle proprietà dei materiali e tecnologie


Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
32:30
48:45
Esercitazione
17:30
26:15
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 50:00 75:00

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
schedaincarico v. 1.6.5 / 1.6.5
Area Servizi ICT
30/11/2020