Corso di laurea magistrale - Area di Scienze MM.FF.NN - Accesso libero con verifica di requisiti e preparazione in ingresso - Classe LM-53 - (D.M. 270/2004)
Lingua: Italiano
Informazioni generali
o Classe di Laurea: LM-53 - Scienze e Tecnologie dei Materiali
o Tipologia di corso: Laurea Magistrale
o Durata: 2 anni
o Tipo di accesso: Accesso libero con verifica di requisiti e preparazione in ingresso
o Macroarea di afferenza: Scienze MM.FF.NN.
o Dipartimento: Fisica
o Codice corso: J67
Descrizione e obiettivi formativi
Il Corso permette di approfondire le conoscenze delle proprietà fisiche e chimiche dei materiali, delle loro applicazioni in campo biologico e degli aspetti ingegneristici, fornendo una formazione completa ed avanzata con un approccio fortemente interdisciplinare.
L'ampio spettro di competenze scientifiche dei docenti coinvolti nel corso permette agli studenti di:
-acquisire profonde conoscenze scientifiche e tecnologiche sulla struttura della materia in scala molecolare ed atomica
-comprendere la relazione tra la struttura microscopica e le proprietà strutturali e funzionali dei materiali
- progettare i processi e la produzione di materiali con tecnologie d'avanguardia.
A questo fine il percorso formativo prevede una pluralità di attività didattiche: dagli insegnamenti frontali, alle attività seminariali, alle ricerche proprie su temi specifici.
La frequenza di laboratori, nei quali gli studenti vengono addestrati a progettare, pianificare ed attuare esperimenti e misure sotto la guida di docenti e all'interno di gruppi di ricerca, ed infine a redigere una tesi originale, assicura che al termine degli studi i laureati abbiano acquisito non solo solide conoscenze disciplinari e strumenti per un aggiornamento autonomo, ma anche competenze quali la capacità di gestire contemporaneamente studio e lavoro, la capacità di lavorare in gruppo e di comunicare in lingua Inglese le proprie conoscenze scientifiche e tecnologiche.
Insegnamenti
Sbocchi professionali
Il laureato in Scienza e Tecnologia dei Materiali è un professionista con conoscenze tali da permettere l’inserimento nel mondo imprenditoriale, o nei centri di ricerca pubblici e privati, dedicati allo sviluppo e allo studio di nuovi materiali. Il Laureato Magistrale di questa disciplina può aspirare ad ottenere contratti di ricerca (in università o istituti di ricerca), accesso alla carriera direttiva della pubblica amministrazione, impiego qualificato presso industrie manifatturiere (settori della microelettronica, TLC, nano materiali e software) e nell'insegnamento scolastico [secondo la normativa vigente la Laurea Magistrale in Scienza e Tecnologia dei Materiali permette l'accesso alle classi di insegnamento: 13/A (Chimica e tecnologie chimiche), 14/A, 33/A, 38/A (Fisica), 48/A (matematica applicata), 54/A, 59/A (Scienze matematiche, chimiche, fisiche e naturali nella scuola media), 66/A, 71/A e 72/A].
Comunque fra i Laureati in Scienza e Tecnologia dei Materiali è diffusa la tendenza proseguire gli studi con un dottorato di Ricerca presso Università Italiane e Straniere.
Indicatori di efficacia e livello di soddisfazione dei laureandi
Riferimenti web e contatti
Sito Web: http://materialsscience.uniroma2.it/
http://www.scienze.uniroma2.it/?cat=191
Coordinatore del Consiglio Corso di Studi:
Prof.ssa Maurizia Palummo
Tel.: 06 7259 4538 E-mail: palummo@roma2.infn.it
Orario di ricevimento: contattare docente
Segreteria didattica: Samanta Marianelli
Tel.: +39 06 7259.4849
e-mail: samanta.marianelli@uniroma2.it
Il Corso di Laurea Magistrale in Scienza e Tecnologia dei Materiali si colloca nel quadro di riferimento europeo per i Corsi di Studio di secondo ciclo nell'area della Scienza dei materiali.
Il corso è strutturato nel suo complesso per fornire allo studente approfondimenti disciplinari atti ad estendere e rafforzare le conoscenze acquisite durante il primo ciclo di studi.
In particolare, vengono approfondite le conoscenze delle proprietà più propriamente fisiche e chimiche dei materiali, delle loro applicazioni in campo biologico, oltre ad elementi degli aspetti ingegneristici.
Il corso di studi offre un curriculum unico, che tiene altresì conto dell'ampio spettro di competenze scientifiche presenti nell'ateneo.
A questo fine il percorso formativo prevede una pluralità di attività didattiche: dagli insegnamenti frontali, alle attività seminariali, alle ricerche proprie su temi specifici e alla frequenza di laboratori strumentali, facendo ampio ricorso alle strutture di ateneo presso cui si svolge ricerca scientifica su tematiche di Scienza dei Materiali.
La frequenza di laboratori, nei quali gli studenti vengono addestrati a progettare, pianificare ed attuare esperimenti e misure sotto la guida di docenti e all'interno di gruppi di ricerca, ed infine a redigere una tesi originale da sottoporre a pubblica discussione, assicura che al termine degli studi i laureati abbiano acquisito non solo solide conoscenze disciplinari e strumenti per un aggiornamento autonomo, ma anche competenze quali la capacità di gestire contemporaneamente studio e lavoro, la capacità di lavorare in gruppo e di comunicare le proprie conoscenze scientifiche e tecnologiche.
I ruoli che potranno essere loro affidati nel mondo del lavoro saranno collocati negli ambiti della ricerca, dello sviluppo e dell'innovazione industriale dei materiali.Infine, dato il carattere interdisciplinare del corso di studi, gli studenti che frequentano con assiduità apprendono non solo a comunicare e ad interagire con una varietà di interlocutori specialisti ma acquisiscono i presupposti disciplinari e le competenze per insegnare le scienze a livello di scuola secondaria e la chimica e la fisica a livello di secondaria superiore, fatto salvo il percorso formativo per l'abilitazione all'insegnamento secondo la normativa vigente.
Per essere ammessi al corso di Laurea Magistrale in Scienza e Tecnologia dei Materiali bisogna essere in possesso di una Laurea di primo livello o di altro titolo di studio conseguito all'estero che sia stato riconosciuto idoneo. Il Regolamento Didattico del corso di studio determinerà i requisiti curricolari per l'accesso e i criteri per la verifica della preparazione individuale.
Per conseguire la laurea magistrale in Scienza e Tecnologia dei Materiali lo studente deve aver acquisito almeno 120 CFU, distribuiti nei vari ambiti formativi secondo l'offerta formativa vigente. La laurea si ottiene con il superamento della prova finale. La prova finale consiste nella elaborazione originale di un lavoro sperimentale o teorico - il cui svolgimento non si protrae di norma oltre i sei mesi dalla data di inizio del lavoro di tesi- che illustri nuovi risultati della ricerca e/o dello sviluppo tecnologico riguardanti la Scienza dei materiali.
Tale attività viene svolta dal candidato presso un laboratorio o un gruppo di ricerca dell'ateneo o (previa autorizzazione da parte del Coordinatore) di un ente/azienda esterna all'Ateneo con cui sia in atto una opportuna e valida convenzione con l'Ateneo.
L'argomento della tesi è proposto da un relatore (di norma un docente membro del Corso di studio), nel settore prescelto dallo studente.
Lo studente dovrà dare comunicazione dell'inizio del lavoro di tesi magistrale al coordinatore del Corso di studio, presentando agli uffici competenti la domanda di Laurea secondo le modalità stabilite dall'ateneo.
Avuta notizia della domanda di Laurea, il Coordinatore del Corso di studio nominerà un secondo relatore (scelto tra i docenti del Corso di studio), che valuterà la tesi e sarà invitato alla seduta di laurea, partecipando alla Commissione che valuterà la prova finale. La prova finale prevede la presentazione e la discussione di una tesi scritta, in lingua italiana o in inglese (in questo secondo caso con titolo e riassunto anche in italiano).
Una copia cartacea della tesi dovrà essere consegnate alla Segreteria Didattica del Corso di studio 15 giorni prima della sessione di laurea. La tesi deve essere preparata in modo autonomo dal candidato e deve essere discussa pubblicamente davanti ad una Commissione di sette docenti del Corso di studio. La Commissione al termine della prova esprime la valutazione complessiva in centodecimi, con eventuale lode.
Il voto della prova finale dovrà tener conto, oltre che del contenuto della tesi e della sua esposizione, anche del 'cursus studiorum' del candidato, valutando: il numero delle lodi conseguite, eventuali altri corsi, cicli di seminari o tirocini formativi sostenuti, periodi di studio o ricerca trascorsi all'estero ed opportunamente certificati, eventuali pubblicazioni ed interventi (orali o poster) a congressi e workshop, nonchè il tempo impiegato a concludere gli studi.
La media dei voti riportati negli esami sarà pesata con i relativi CFU acquisiti e trasformata in centodecimi. Qualora vi siano le condizioni previste dal Regolamento didattico del corso, allo studente può essere attribuita la lode, su proposta scritta del docente supervisore (fatta pervenire in precedenza al Presidente della Commissione), con voto unanime della Commissione.
Per essere ammessi al corso di Laurea Magistrale in Scienza e Tecnologia dei Materiali occorre essere in possesso di una Laurea di primo livello ovvero di altro titolo di studio conseguito all'estero, riconosciuto idoneo. Gli specifici criteri di accesso prevedono, in ogni caso, il possesso di requisiti curriculari e l’adeguatezza della personale preparazione, in termini di: 1.
Requisiti curricolari: a.
possesso di una laurea nella classe Scienza dei Materiali (L.
Sc.
Mat.), Scienze e tecnologie chimiche (L-27), Scienze e tecnologie fisiche (L-30), L-07 Ingegneria Civile e Ambientale, L-08 Ingegneria dell'Informazione, L-09 Ingegneria Industriale e b.
numero minimo di crediti conseguiti in specifici settori scientifico-disciplinari, come di seguito dettagliato: o almeno 18 CFU nei SSD: FIS/01 Fisica sperimentale, FIS/02 Fisica teorica modelli e metodi matematici, FIS/03 Fisica della materia; o almeno 12 CFU nei SSD: CHIM/01 Chimica analitica, CHIM/02 Chimica fisica, CHIM/03 Chimica generale ed inorganica, CHIM/06 Chimica organica, CHIM/07 Fondamenti chimici delle tecnologie; o almeno 15 CFU nei SSD: MAT/03 Geometria, MAT/05 Analisi matematica. - conoscenza di una lingua straniera dell’Unione Europea, a un livello almeno pari a B1 del quadro comune europeo di riferimento per la conoscenza delle lingue (QCER). Ove il curriculum dello studente non soddisfi tali requisiti, lo studente dovrà colmare dette carenze tramite apposite integrazioni curricolari (iscrizione a corsi singoli) da effettuare prima della verifica della preparazione individuale e prima dell’iscrizione al Corso di studio. 2.
Verifica dell’adeguatezza della personale preparazione Una apposita Commissione, nominata dal Coordinatore, è preposta alla valutazione del curriculum dei candidati sia per la verifica della sussistenza dei requisiti curriculari sia per la valutazione del loro livello di preparazione. In particolare, La Commissione, esaminando i programmi svolti nei diversi insegnamenti riferiti ai Settori Scientifico-Disciplinari di cui al punto 1.b.
e attraverso un colloquio col candidato, esprimerà il proprio parere secondo i criteri seguenti: i) qualora il candidato manifestasse carenze su argomenti disciplinari fondamentali, dovrà integrare prima dell’iscrizione la propria formazione in ingresso con percorsi specificatamente assegnati (colloqui coi docenti, seminari, parti di corsi e di laboratori).
La verifica della preparazione raggiunta sarà effettuata con un ulteriore colloquio da parte della Commissione incaricata; ii) qualora il candidato dimostrasse in sede di colloquio al cospetto della Commissione di avere conoscenze sufficienti sugli argomenti individuati come fondanti il Corso di studi, la verifica sarà considerata assolta.
Il Corso di Laurea Magistrale in Scienza e Tecnologia dei Materiali si colloca nel quadro di riferimento europeo per i Corsi di Studio di secondo ciclo nell'area della Scienza dei materiali.
Il corso è strutturato nel suo complesso per fornire allo studente approfondimenti disciplinari atti ad estendere e rafforzare le conoscenze acquisite durante il primo ciclo di studi.
In particolare, vengono approfondite le conoscenze delle proprietà più propriamente fisiche e chimiche dei materiali, delle loro applicazioni in campo biologico, oltre ad elementi degli aspetti ingegneristici.
Il corso di studi offre due curricula, e valorizza l'ampio spettro di competenze scientifiche presenti nell'ateneo.
A questo fine il percorso formativo prevede una pluralità di attività didattiche: dagli insegnamenti frontali, alle attività seminariali, alle ricerche proprie su temi specifici e alla frequenza di laboratori strumentali, facendo ampio ricorso alle strutture di ateneo presso cui si svolge ricerca scientifica su tematiche di Scienza dei Materiali.
La frequenza di laboratori, nei quali gli studenti vengono addestrati a progettare, pianificare ed attuare esperimenti e misure sotto la guida di docenti e all'interno di gruppi di ricerca, ed infine a redigere una tesi originale da sottoporre a pubblica discussione, assicura che al termine degli studi i laureati abbiano acquisito non solo solide conoscenze disciplinari e strumenti per un aggiornamento autonomo, ma anche competenze quali la capacità di gestire contemporaneamente studio e lavoro, la capacità di lavorare in gruppo e di comunicare le proprie conoscenze scientifiche e tecnologiche.
I ruoli che potranno essere loro affidati nel mondo del lavoro saranno collocati negli ambiti della ricerca, dello sviluppo e dell'innovazione industriale dei materiali.Infine, dato il carattere interdisciplinare del corso di studi, gli studenti che frequentano con assiduità apprendono non solo a comunicare e ad interagire con una varietà di interlocutori specialisti ma acquisiscono i presupposti disciplinari e le competenze per insegnare le scienze a livello di scuola secondaria e la chimica e la fisica a livello di secondaria superiore, fatto salvo il percorso formativo per l'abilitazione all'insegnamento secondo la normativa vigente.
Il corso guida lo studente verso la conoscenza delle basi molecolari dei processi biologici che avvengono all’interno della cellula. Particolare attenzione è data allo studio delle macromolecole biologiche (lipidi, proteine, nucleicacids), della loro struttura e della loro funzione. Il corso prevede anche lo studio di alcuni processi metabolici, quali quelli che portano allaproduzione di energia ed alla sintesi delle proteine, e la loro regolazione. Inoltre, sono trattati alcuni particolari argomenti quali la contrazione muscolare e la produzione di arti artificiali, il sistema sensoriale visivo, le basi biologiche dell’ingegneria tissutale, l’utilizzo di macromolecole biologiche (acidi nucleici e proteine) per la produzione di microchip (microarray). Programma: Replicazione e Trascrizione del DNA; Sintesi Proteica Eucariotica; Aminoacidi e legame peptidico; Struttura e Funzione delle Proteine (Proteine Globulari eFibrose);Proteine allosteriche (Emoglobina); Enzimi e cenni di Cinetica enzimatica; Regolazione enzimatica; Coenzimi e Vitamine; Processi Metabolici per la produzione di energia (glicolisi, ciclo dei TCA, fosforilazione ossidativa); Sistemi sensoriali (trasduzione del segnale visivo); Contrazione Muscolare e cenni su Muscoli Artificiali (EAP); Matrice extracellulare e cenni di Ingegneria Tissutale; Microchip con macromolecole biologiche (Microarray DNA e Proteine), Produzione di proteine ricombinanti principi generali. Esercitazioni: espressione e caratterizzazione di proteine ricombinanti; preparazione di biomateriali per la rigenerazione tissutale; utilizzo di banche dati ed algoritmi predittivi per lo studio della struttura e funzione delle macromolecole biologiche.
Dal campo elettromagnetico alla luce. I coefficienti di Einstein. Transizioni radiative negli atomi, allargamenti di riga, generalità sul laser. Fluttuazioni classiche dell’intensità di una sorgente, le diverse scale dei tempi coinvolte. Collegamento tra grandezze misurabili (assobimento, riflettività, indice di rifrazione) e caratteristiche microscopiche di un materiale. Teoria della risposta causale lineare: le relazioni di dispersione di Kramers-Kronig. La quantizzazione del campo elettromagnetico: il fotone. Interazione radiazione materia quantistica. Caratteristiche della radiazione classica: coerenza del primo e del secondo ordine. Formulazione quantistica: come si modifica il formalismo per la coerenza del primo e del secondo ordine. Differenze ed analogie. L’esperimento di Young. L’esperimento di Hanbury-Brown e Twiss. Stati coerenti di radiazione e stati numero di fotoni. Stati squeezed ESPERIMENTI DI LABORATORIO La simulazione di una sorgente di radiazione caotica L’esperimento di Young nella forma originale del 1803 La misura del fotone singolo con un fotomoltiplicatore, separazione del segnale dal rumore. Statistica dei conteggi per differenti tipologie di fascio luminoso
L'approssimazione di Born-Oppenheimer L'approssimazione adiabatca Il teorema di Hellmann-Feynman e di Epstein Richiami alla teoria delle bande nei solidi Teorema di Bloch, boundary conditions Metodo variazionale. Metodo tight-binding e sue applicazioni in materiali a varia dimensionalità. Metodo delle Onde-Piane Ortgonalizzate Metodo degli Pseudopotenziali e dello sviluppo in onde piane della Funzione d'onda Equazione di Hartree e Hartree Fock,Teorema di Koopmans , potenziale di scambio Gas elettronico omogeneo: Trasformata di Fourier del potenziale coulombiano il gas elettronico omogeneo con Hartree Fock. Approssimazione di Slater, Approssimazione di Thomas Fermi . Derivate funzionali La teoria del Funzionale Densita' Teorema di Hohenberg e Kokn , Equazioni di Kohn e Sham. La Local density Approximation. Il problema della gap in DFT. Esempi di applicazioni della DFT Proprieta' ottiche Indice di rifrazione complesso. Coefficiente di assorbimento. La Riflettivita'. La funzione dielettrica. Relazioni di Kramers Kronig e regole di somma Regola d'oro di Fermi: Calcolo della funzione dielettrica in approssimazione di dipolo Esempi di funzione dielettrica per metalli, semiconduttori, isolanti. Densita' degli stati congiunta(JDOS) Andamento della JDOS vicino ai punti critici. Teoria della risposta lineare e TDDFT. Effetti eccitonici: modello idrogenoide di Mott-Wannier Equazione di Boltzman per trasporto elettronico e termico Tensore di conducibilita elettrica e termica. . Cenni fenomeni termoelettrici Dinamica Molecolare Classica ed ab-initio Teorie ab-initio di stato eccitato Funzioni di Green classiche. Formalismo della seconda quantizzazione. Propagatore quantistico di singolo elettrone/buca e sua rappresentazione di Lehmann e relazione con eccitazioni elettroniche. Equazione di Dyson. Concetto di Self-energia. Equazione di quasi-particella. Metodo GW. Equazione di Bethe-Salpeter per il calcolo ab-initio di effetti eccitonici nella risposta ottica. Esercitazioni al calcolatore su DFT, TDDFT, GW e BSE che prevedono anche una introduzione ai principali comandi in ambiente linux.
Dispositivi e Sistemi per l’'Energia e l’'Efficienza Energetica Dispositivi e Sistemi per l’'Energia: Dispositivi Fotovoltaici Introduzione Parametri caratteristici Caratterizzazione in laboratorio Automazione delle misure: programmazione in ambiente Labview Efficienza Energetica Efficienza energetica per le comunicazioni Introduzione Dispositivi ad alta efficienza per le comunicazioni ottiche (laser, modulatori, amplificatori,, fotorivelatori, sistemi WDM) Esempi di sistemi di comunicazione ad alta efficienza (reti ottiche e sistemi 1R, 2R, 3R (Rigenerazione, Risagomatura, Ritemporizzazione), Free Space Optics, etc) Efficienza energetica nei dispositivi: il thermal management Materiali Packaging Caratterizzazione della dissipazione termica Affidabilità nei dispositivi
1- I difetti reticolari 2- La deformazione plastica 3- I meccanismi di rafforzamento dei metalli 4- Recupero, ricristallizzazione e crescita del grano 5- La solidificazione 6- La metallurgia delle polveri 7- Sviluppo e perfezionamento di nuovi materiali metallici
La tecnologia dell’optoelettronica organica si basa su nuovi materiali semiconduttori basati su composti del carbonio come molecole organiche o polimeri. 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 (per piccole molecole) o di stampa (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 e dei composti organici, il corso esplicherà il funzionamento e le architetture dei dispositivi optoelettronici a semiconduttori organici, in particolare gli Organic (o Polymer) Light Emitting Diodes (OLED, PLED), Organic Thin Film Transistors (OTFT), Organic Solar Cells (OSC), Dye Solar Cells (DSC), sensori organici e dispostivi piezoelettrici. 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 MP3 players e telefoni cellulari), la carta elettronica (E-Paper- con il case study della Plastic Logic Ltd), chip RFID, Sensori di gas o di pressione, photodetector arrays e moduli fotovoltaici. Vi sarà una parte del corso dedicata ad esperienze in laboratorio dove verranno investigati i metodi di indagine sperimentale per la caratterizzazione dei materiali organici (caratterizzazione morfologica, ottica e elettrica), dei dispostivi e delle applicazioni (display OLED e Celle Solari DSC). Inoltre lo studente porterà avanti la costruzione di celle DSC e la loro caratterizzazione IV: sotto simulatore solare per estrarne i parametri fondamentali (es efficienza di conversione) oppure sotto luce monocromatica per lo studio dell’efficienza quantica esterna del dispositivo. Una parte del corso verterà sui dispositivi e sui sistemi optoelettronici per il gene detection o rilevazione genetica. Dopo una breve introduzione sui concetti basilari della biologica molecolare, verrà introdotta la Green Fluorescent Protein (GFP) che viene usata come marker o come rilevatore di processi metabolici o genetici all’interno di cellule o organismi. Il corso poi mostrerà come vengono progettati, costruiti e utilizzati (usando come case study il caso della fibrosi cistica) i gene chip arrays mediante o tecniche fotolitografiche (case study Affymetrix) o tecniche come l’ink jet printing. Il corso investigherà la bioluminescenza e come tali processi naturali (come quello della lucciola) sono stati utilizzati per progettare e costruire tra i sistemi più potenti oggi per fare rilevazione di DNA (come quelli basati sul pyrosequencing). L’elettronica organica (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 OLED nei telefoni cellulari) ed altre (E-Paper, DSC) sotto sviluppo in linea pilota di varie realtà industriali europee. 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.
Il corso è articolato sullo studio di materiali avanzati, sostenibili, multifunzionali e smart materials, nello scenario di Industria 4.0 e al relativo trasferimento tencologico. Si partirà con lo studio dei materiali compositi e nanocompositi a matrice polimerica, con particolari proprietà funzionali: materiali autodiagnosticanti, autoriparanti, Si proseguirà con lo studio dei materiali elastomerici e loro applicazioni industriali con particolare attenzione al caso delle produzione di pneumatici. Si tratteranno poi i materiali polimerici, ibrdidi e compositi innovativi per additive manufacturing (3d printing). Si terminerà con la trattazione di sistemi di rivestimento superficiale via termspruzzatura e deposizione da fase vapore. In dettaglio il programma sarà il seguente: 1. Materiali compositi: Materiali compositi a matrice polimerica (PMC), principali tipi di rinforzi e di matrici, compositi a fibre lunga, fibra corta , particellari, nanocompositi, micromeccanica dei compositi unidirezionali e particellari, cenni alla teoria della lamina e del laminato. Case hystories industriali. 2. Materiali Avanzati Materiali autodiagnosticanti estrinseci (con sensori embedded) e intrinseci, materiali autoriparanti, autopulenti (con pigmenti fotocatalitici), stimuli responsive (in grado di modificare il proprio stato sotto stimolo esterno), a memoria di forma (sia metallici che polimerici). Concetti di compatibilità chimica, dispersione e funzionalizzazione di nanocariche, bagnabilità di superfici. 3. Materiali Elastomerici Materiali elastomeri e fillers, mescole elastomeriche, vulcanizzazione, correlazione tra le proprietà degli elastomeri e le proprietà tribologiche delle gomme, processi di produzione industriali delle gomme, metodi di caratterizzazione, applicazioni nel settore automobilistico. 4. Nuovi materiali per l'additive manufacturing (3d printing): Progettazione e selezione dei materiali, processi di stampa 3d a filo e SLA. Stampa di Materiali Polimerici (termoplastici, tecnopolimeri, termoindurenti), Ceramici, Compositi ed Elastomeri. Applicazioni in campo aerospaziale. 5. Ingegneria delle superfici: Processi di termo spruzzatura (plasma spray, flame spray, arc spray, ecc.), processi di deposizione da fase vapore. Cenni di Tribologia. Esempi di applicazioni Industriali dei coatings: barriere termiche, rivestimenti trasparenti conduttori, rivestimenti antiusura e modificatori di attrito. Case hystories industriali, con particolare riferimento al settore aerospaziale. 6. Esperienza di laboratorio: 1.realizzazione di un materiale composito via vacuum bagging, 2.studio del ciclo di vulcanizzazione di mescole elastomeriche 3. stampa 3d di un componente in materiale polimerico.
Solidi cristallini. Indici di Miller. Reticoli di Bravais. Strutture dei metalli (bcc, fcc, hcp). Solidi ionici. Difetti puntuali. Conduttori ionici. Difetti estesi. Proprietà meccaniche dei materiali. Comportamento a frattura. Tenacità. Teoria di Griffith. Comportamento a fatica. Scorrimento viscoso. Indurimento per soluzione solida. Indurimento per precipitazione. Incrudimento. Proprietà meccaniche dei materiali ceramici. Statistica di Weibull. Processi di sinterizzazione: principi fondamentali. Equazione di Laplace. Stadi della sinterizzazione. Evoluzione della microstruttura. Tecniche di misura del grado di avanzamento della sinterizzazione. Additivi di sinterizzazione: principi di funzionamento. Sinterizzazione con fase liquida. Diagramma di German. Sinterizzazione assistita da pressione; pressatura isostatica a caldo. Case studies: sinterizzazione di cermets (WC-Co); processing e proprietà di materiali ceramici per celle a combustibile a ossidi solidi (SOFC).
Biomateriali soffici: definizioni, polimeri funzionalizzati, colloidi. Microstrutture e mesostrutture. Caratterizzazione di equilibrio e dinamica dei componenti in fase gel: metodi reologici, spettroscopici, calorimetrici e di scattering. Teorie della gelazione. Applicazioni: esempi selezionati dalla letteratura riguardanti sostituti tissutali, agenti di contrasto per ultrasuoni, veicolatori per rilascio controllato di farmaci.
1) Materiali ceramici: Strutture dei ceramici, proprietà meccaniche e funzionali dei ceramici, il processo ceramico: sintesi delle polveri, formatura e sinterizzazione. 2) Materiali compositi: materiali compositi a matrice polimerica, principali tipi di matrice e di rinforzo, compositi particellari, unidirezionali e a fibra corta. Micromeccanica dei compositi: modelli matematici per moduli, carico di rottura, tenacità per compositi unidirezionali e particellari. Cenni alla macromeccanica dei compositi. Cenni ai nano compositi. 3) Ingegneria delle superfici: processi thermal spray: principali tecniche, plasma spray, flame spray, arc srpray, principali proprietà dei rivestimenti. Processi PVD e CVD. 4) Cenni alla material selection nella progettazione meccanica
Richiami di nozioni di base di chimica generale ed organica in riferimento alla chimica del carbonio in composti organici e sistemi coniugati. Analisi molecolare mediante tecniche spettroscopiche di materiali organici coniugati. Nozioni base di spettroscopia di risonanza di spin elettronico. Complessi con leganti p donatori ed a trasferimento di carica: formazione del legame e proprietà ottiche e magnetiche. Differenze tra semiconduttori organici e inorganici. Portatori di carica e meccanismi di trasporto di carica di solidi molecolari a base di “small molecules” e polimeri conduttori: modello a bande, modello a hopping e modello MTR. Mobilità nei semiconduttori organici: effetto della morfologia e della temperatura. Esempi di materiali organici usati nell’ elettronica molecolare. Metodologie di sintesi, deposizione, caratterizzazione e processing di materiali molecolari per dispositivi elettronici ed optoelettronici. Proprietà funzionali dei materiali costituenti OLED, OTFT e celle solari. Nozioni di base di sistemi utilizzati per dispositivi a scala molecolare.
A) Termodinamica delle interfasi. Energia libera d’eccesso: teoria di Chan-Hilliard. Superfici dei solidi. Tensione superficiale. Teorema di Wulff. Fisisorbimento e Chemisorbimento. Isoterme di adsorbimento. Cinetica di adsorbimento. B) Funzione lavoro. Metodo di Kelvin per la misura del potenziale di contatto. Effetto termoionico. Semiconduttori di tipo p ed n. C) Classificazione delle transizioni di fase. Transizioni ordine-disordine nelle leghe binarie. Approccio di Bragg-Williams. Calore specifico al punto di transizione. Cinetica delle transizioni di fase. Processi di nucleazione e crescita. Teoria di Kolmogorov-Johnson-Mehl- Avrami.
Spazi di probabilità. Probabilità condizionata. Formula delle probabilità totali. Formula di Bayes. Eventi indipendenti. Cenni di calcolo combinatorio. Introduzione alle variabili aleatorie. Funzione di distribuzione. Variabili aleatorie discrete e distribuzioni discrete di uso comune (ipergeometrica, binomiale, geometrica, binomiale negativa, Poisson). Variabili aleatorie discrete multidimensionali. Variabili aleatorie discrete indipendenti. Speranza matematica, momenti, varianza e covarianza per variabili aleatorie discrete. Disuguaglianza di Cebishev. Regressione lineare. Variabili aleatorie continue e distribuzioni continue di uso comune (uniforme, esponenziale, normale, Gamma). Processo di Poisson. Speranza matematica, momenti e varianza per variabili aleatorie continue. Legge dei grandi numeri. Teorema limite centrale. Approssimazione normale. Intervalli di confidenza. Catene di Markov a stati finiti (distribuzioni invarianti, stati transitori e stati ricorrenti, teorema ergodico).
L'oscillatore armonico, libero e forzato. Sistemi di oscillatori accoppiati. L'equazione delle onde; onde elastiche nei solidi, liquidi, gas. Onde elettromagnetiche: propagazione nel vuoto, nei dielettrici e nei conduttori, polarizzazione, riflessione, rifrazione, dispersione. Ottica ondulatoria: principio di Huygens interferenza, diffrazione di Fraunhofer e Fresnel. Interferometro di Michelson, Mach Zender, Fabry-Perot, interferenza da strati sottili e coating. Fotometria. Approssimazione di Gauss dei fasci parassiali, ottica geometrica: diottri, specchi e lenti, sistemi ottici e luminosità delle lenti, l'occhio umano.
Panoramica su materiali e l tecnologie elettroniche. Proprietà strutturali ed elettroniche dei semiconduttori. Proprietà ottiche dei semiconduttori. Il Silicio, il Germanio, il GaAs ed i semiconduttori composti (+ leghe binarie e ternarie) . La giunzione p-n, le eterogiunzioni ed i dispositivi elettronici. Principi di funzionamento di diodi e transistor (classificazione) I semiconduttori organici (possibile seminario). La produzione dei semiconduttori e dei dispositivi. Package dei dispositivi.
Elementi di criogenia e delle tecniche di raffreddamento dei gas. Isentropic and isenthalpic cooling. Raffreddamento isentalpico ed isoentropico. Liquefazione e proprietà degli isotopi dell’elio. Scambiatori di calore, motori ad espansione, refrigeratori a diluizione. Smagnetizzazione adiabatica e nucleare. Termometria a basse temperature. Superconduttori del I e del II tipo. Proprietà magnetiche dei superconduttori. Il modello di London e la teoria fenomenologica di Landau-Ginsburg. Superconduttività debole (effetto Josephson e SQUIDs). I cuprati e le altre nuove famiglie di materiali superconduttori. La superconduttività a bassa dimensionalità.
Introduzione alle Nanoscienze ed alle Nanotecnologie : stato dell’arte e prospettive Nanomateriali e nanostrutture (0-D, 1-D e 2-D) . -quantum dots -nanoparticelle e nanopolveri -nanocapsule -materiali nanoporosi -nanofili e nanofibre -dendrimeri -film sottili Tecniche di preparazione : sintesi chimiche , processi fisici, trattamenti post-sintesi. Gli approcci : bottom-up e top-down. Tecniche top-down : litografie che utilizzano radiazioni elettromagnetiche , fasci di elettroni, fasci di ioni . Altre tecniche : nanoimprinting, nanolitografia colloidale ,nanoindentazione tramite AFM , processi dip-pen. Tecniche meccaniche : macinazione, assottigliamento Tecniche bottom-up : -nucleazione in fase liquida -riduzione di complessi metallici -spray-drying -pirolisi -processi sol-gel -reazioni in fase vapore -reazioni in fase solida -nucleazione eterogenea Processi di funzionalizzazione Processi di ricopertura Processi di riempimento Processi di organizzazione e allineamento di nanofili e nanoparticelle . Proprietà ed applicazioni delle varie classi di nanostrutture Caratterizzazioni strutturali , proprietà ed applicazioni di importanti classi di materiali, con particolare riferimento ai nanomateriali di Si e di Carbonio ( fullereni, nanotubi, grafene, nanodiamante ) ed ad alcuni ossidi : SiO2 , SnO2, ZnO, TiO2 . Nanomateriali per sensoristica Nanomateriali per celle fotovoltaiche DSSC e plastiche Nanomateriali per catalisi
