Nanomaterials Engineering Group

Teaching

Accademic Year 2019-2020

MASSIMO GUGLIELMI

Teaching/Insegnamenti

SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CERAMIC MATERIALS (SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI CERAMICI)

Second cycle degree in MATERIALS ENGINEERING

Number of ECTS credits allocated: 9.0

Language: Italian

MATERIALS TECHNOLOGY AND APPLIED CHEMISTRY (TECNOLOGIA DEI MATERIALI E CHIMICA APPLICATA)

5 years single cycle degree in BUILDING ENGINEERING AND ARCHITECTURE

Number of ECTS credits allocated: 6.0

Language: Italian

 

ALESSANDRO MARTUCCI

Teaching/Insegnamenti

FUNDAMENTALS OF MATERIALS SCIENCE (FONDAMENTI DI SCIENZA DEI MATERIALI )

First cycle degree in CHEMICAL AND MATERIALS ENGINEERING

Number of ECTS credits allocated: 9.0

Language: Italian

NANOSTRUCTURED MATERIALS (MATERIALI NANOSTRUTTURATI)

Second cycle degree in MATERIALS ENGINEERING

Number of ECTS credits allocated: 6.0

Language: English

MATERIALS TECHNOLOGY (TECNOLOGIA DEI MATERIALI )

Second cycle degree in MATERIALS SCIENCE

Number of ECTS credits allocated: 6.0

Language: Italian
NANOSTRUCTURED MATERIALS (MATERIALI NANOSTRUTTURATI) 6CFU

Lectures: Mon 14.30-16.30 Room Rh03; Tue 14.30-16.30 Room ICh01

17 (room ICh1) and 18 (room M4) December 14.30-16.30 Prof. G. Pezzotti from KIT will give the folowing lectures:

Lecture I:
(i) Introduction to Raman and cathodoluminescence spectroscopies
(ii) The Raman and cathodoluminescence devices, their probes and their spatial resolution and probe deconvolution
(iii) Spectroscopic measurements of stress with resolving the stress tensor

Lecture II:
(i) Applications of Raman spectroscopy in biomedical research
(ii) Applications of Raman spectroscopy in electronics
(iii) Applications of cathodoluminescence spectroscopy in electronics

Syllabus

Aims: The aim of the course is to give students the basic knowledge on the methods of manufacture and handling of nanomaterials and nanostructures and their main properties.

Contents : Chemical synthesis of nanoparticles (metallic, semiconductors, oxides), physical properties, applications. Chemical synthesis of nanorods, nanowires and nanotubes (metals and semiconductors), physical properties, applications. Methods of deposition of thin films (dipping, spinning, capillary flow). Nanostructures obtained by physical methods: lithography and microfabrication. Ceramic and polymer nanocomposites: synthesis and properties. Part of the lessons will be conducted in the laboratory where students will synthesize and characterize different types of nanomaterials. There will also be educational visits at research laboratories that deal with nanotechnology.

How to take the exam

The exam can be taken in English or Italian. Each student will prepare written reports on the activities carried out in the laboratory that must be submitted by the dates specified by the instructor during the course. The final grade will be determined as follows:

- Reports: for every report from 2 to 5 points, distributed as follows: 0-2 scientific correctness; 1-2 completeness; 1-2 form; Total number of reports: 4.

- Frequency of labs: up to 10 points, the frequency at each experimental laboratory is entitled to 2.5 points (including the tutorial after the lab), student must attend at least 3 experimental laboratories.

- extra points: attending the bibliometrics lab; frequency of specific seminar; attending the educational visit. Students that will deliver the report at the deadline of January or February, will get 2 extra points, and 1 extra point for the March deadline.

Students who do not attend lectures and lab will have to take an oral examination based on the material provided in the webpage and will present a monograph.

Every month there will be at least one exam session, see in Uniweb

Template (ITA) Template (ENG)

Groups

Slides

Lect1 Lect2 Lect3 Lect4 Lect5

Seminars

Prof. G. Pezzotti Kyoto Instiute of Technology Silicon nitride: a bioceramic with a gift 13/12/2019 12.30 Room Rh03

Laboratories

Tutorials: room P33 4/11; 25/11; 16/12; 13/1.

Bibliometric lab: room P33 13/11 14.30.

Lab1 Lab1_Data Lab2 Lab2_Data Lab3 Lab3_Data Lab3_Data_CA Lab4 Lab4_Data

Educational visit

Elettra Sincrotrone - Trieste 5th December Deperture at 7.45 from Via Gradenigo 6a.

Eletettra

Exams

The 4 reports (all together) must be delivered not later than the following dates in order to be evaluated within 1-2 weeks. Every month there will be a deadline for the reports delivery.

First term: 21/1

Second term:18/2

March: 12/3

TECNOLOGIA DEI MATERIALI

Lezioni: Mer 8.30-10.15 Aula N; Gio 10.30-12.15 Aula N.

Contenuto dell'insegnamento
Vetri: processi di produzione (vetro piano, vetro cavo, fibre), proprietà meccaniche, proprietà chimiche.
Materiali ceramici: processi di produzione, proprietà meccaniche, difetti.
Compositi: processi di produzione dei materiali compositi a matrice polimerica e ceramica, proprietà meccaniche.
Introduzione alla selezione e progettazione dei materiali.

Sono previste anche due esercitazioni di laboratorio, una sulla colata del vetro e una sulla sinterizzazione.

Slide Lezioni

Lez1 Lez2&3 Lez4 Lez5&6 Lez7&8 Lez9 Lez10 Lez11&12 Lez13 Lez14 Lez15&16 Lez17 Lez18&19 Lez20&21

Esami

Su appuntamento durante tutto l'anno. La registrazione potrà essere effettuata solo durante le sessioni ufficili d'esame.

FONDAMENTI DI SCIENZA DEI MATERIALI
Orario lezioni II semestre:da definire.


Le lezioni che riguardano il programma del croso di Scienza dei Materiali ModB, si terranno: da definire


Orario di ricevimento studenti
Martedi 14.30-15.30; è possibile fissare dei colloqui anche in giorni diversi previo appuntamento telefonico o via e-mail.

Programma

Struttura dei materiali Il legame chimico. Curve del potenziale e della forza di legame. Caratteristiche del legame ionico. Caratteristiche del legame covalente, metallico e dei legami deboli. Introduzione alle strutture cristalline. Reticoli di Bravais. Reticoli di Bravais. Notazioni cristallografiche. Cristalli metallici. Fattore d'impaccamento. Strutture CFC, EC e CCC. Sistemi di facile scorrimento. Cristalli ionici. Cristalli covalenti e cristalli molecolari. Cristallinità nei polimeri. Difetti nei cristalli. Difetti puntuali e loro concentrazione di equilibrio. Dislocazioni lineari, elicoidali e miste. Interazioni tra dislocazioni e con difetti. Sorgente di Frank-Read. Difetti superficiali. Struttrua dei vetri. Modello e regole di Zachariasen. Ossidi formatori e modificatori.

Aspetti termodinamici Trasformazioni nei materiali: aspetti termodinamici. Regola delle fasi di Gibbs. Diagramma a due componenti miscibili allo stato solido. Regola della leva inversa. Sistemi a totale immiscibilità ed a parziale miscibilità. Sistemi con eutettoide, peritettico, composti intermedi a fusione congruente ed incongruente. Superfici ed energia superficiale/interfacciale. Legge di Laplace. Effetto capillare. Proprietà delle superfici curve. Interazioni tra fasi ed angolo di bagnabilità.

Aspetti cinetici Trasformazioni di fase: aspetti cinetici. Processi diffusivi. Meccanismi diffusivi nei solidi. Prima e seconda legge di Fick. Dipendenza dalla temperatura e dal meccanismo diffusivo. Teoria della nucleazione omogenea. Nucleazione eterogenea. Accrescimento. Curve di raffreddamento e microstrutture di solidificazione. Trasformazioni di non equilibrio. Accrescimento della grana cristallina. Stato vetroso e sua fenomenologia di formazione. Cinetica della transizione vetrosa.

Proprietà dei materiali Proprietà meccaniche: Concetti di sforzo e deformazione unitaria. Comportamento elastico: legge di Hooke e interpretazione atomica. Comportamento anelastico. Comportamento plastico. Sforzo teorico per lo scorrimento di piani cristallini. Deformazione plastica di un monocristallo e di un materiale policristallino. Incrudimento e ricristallizzazione. Comportamento viscoso e legge di Newton. Cenno al comportamento non-newtoniano. Comportamento viscoelastico. Caratteristiche della frattura fragile. Sforzo teorico di decoesione: previsione teorica. Criterio della concentrazione dello sforzo. Criterio energetico di Griffith. Concetto di KIc. Durezza e microdurezza. Cenni alla statistica di Weibull. Creep: cenni sulle generalità del fenomeno. Proprietà termiche: Capacità termica e dilatazione termica: definizioni e interpretazioni atomiche. Conducibilità termica: definizione e cenni all'interpretazione. Tensioni termiche in condizioni di vincolo mono-, bi- e tri-assiale. Shock termico: fenomeno, prove, fattori di merito. Proprietà chimiche: Cenni sulla corrosione ed il degrado dei materiali metallici, ceramici e polimerici. Proprietà ottiche: Riflessione, Trasmissione e Assorbimento. Rifrazione e indice di rifrazione. Origine del colore dei materiali. Diffusione.

Classi di materiali e loro processi di produzione Metalli: Diagramma ferro-carbonio. Trattamenti termici (curve TTT e CCT, ecc.). Ghise. Acciai (tipi principali). Cenni alle tecnologie di produzione (colata, lavorazioni per deformazione plastica). Ceramici: Processi di produzione: finalità e modalità di esecuzione delle fasi principali, sinterizzazione. Ceramici tradizionali principali. Principali tipi di refrattari. Cenni sui ceramici avanzati. Cementi e calcestruzzi. Vetri: Processi di produzione: finalità e modalità di esecuzione delle fasi principali, con riferimento al vetro piano ed al vetro cavo. Cenni sulprocesso di tempra termica e chimica.

Polimeri e compositi: Poliaddizione e policondensazione. Struttura dei materiali polimerici. Tecnologie di produzione. Proprietà meccaniche. Cenni ai materiali compositi.

Testi
Fondamenti di scienza dei materiali, dispense redatte dal Prof. Guglielmi e reperibili presso la Libreria Progetto, copertina verde (non grigia).

Testi per consultazione
W.D. Callister Scienza e ingegneria dei materiali EdiSES
W.F. Smith Scienza e tecnologia dei materiali Mc Graw-Hill

Lucidi delle lezioni
Per svolgere le lezioni verranno utilizzati dei lucidi che sono da intendersi come una traccia delle cose principali da sapere. In molti lucidi ci saranno schemi o riassunti per punti degli argomenti più importanti.

Modalità per sostenere l'esame
La prova d'esame si svolgerà solo in forma scritta.
Durante il corso si svolgerà una prova (primo compitino) costituita da 10 quiz e 2 esercizi dopo 4-5 settimane (durata della prova 45 minuti, peso percentuale nella valutazione finale 30%) ed una prova finale. La prova finale (che coincide con il primo appello) è costituita da 2 domande estese, 5 domande brevi ed un esercizio. La durata della prova è fissata in 90 minuti. E' necessario superare la prova finale con un punteggio non inferiroe a 18. Gli altri appelli avranno la stessa struttura della prova finale, ma verteranno su tutto il programma.

Per gli studenti del corso di Laurea in Scienza dei Materiali il programma è ridotto a 7 CFU, durante la prima lezione verranno fornite informaioni piu' precise sul programma e il periodo di frequenza. La prova d'esame è costituita da 2 domande estese, 3 domande brevi e 2 esercizi, di cui uno sui digrammi di fase e uno sulle porprietà meccaniche.

Appelli d'esame