Ingegneria delle Nanotecnologie - Nanotechnology Engineering

Tipologia

Ingegneria dei materiali

SSD

ING-IND/22

Anno

1º anno

Semestre

1º semestre

CFU

6

Distribuzione delle ore

60 classroom hours

Docenti

GIOVANNI PULCI

Tipologia

Ingegneria dei materiali

SSD

ING-IND/22

Anno

1º anno

Semestre

2º semestre

CFU

6

Distribuzione delle ore

60 classroom hours

Docenti

FRANCESCO MARRA

Le lezioni si propongono di fornire allo studente solide basi di scienza e tecnologia dei materiali, di offrire una panoramica sugli effetti della nanostrutturazione
dei materiali e di presentare le principali tecniche di realizzazione di materiali nanostrutturati.
Inoltre il corso si propone di fornire gli strumenti per la comprensione della relazione tra proprietà e microstruttura e per selezione dei materiali in funzione dei vincoli di progetto e delle condizioni di esercizio.

Le lezioni si propongono di fornire allo studente solide basi di scienza e tecnologia dei materiali, di promuovere la comprensione delle relazioni tra proprietà e microstruttura e la capacità di selezione dei materiali in funzione dei vincoli di progetto e delle condizioni di esercizio, di approfondire la conoscenza delle proprietà e delle tecniche di produzione dei materiali nanostrutturati, di offrire una panoramica sulle problematiche di degrado fisico e chimico delle superfici e di presentare le principali tecniche di modifica superficiale con e senza apporto di materiale.

Conoscenze di base nel campo della scienza e tecnologia dei materiali

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI
Programma del corso "Materiali Nanostrutturati":

1) Richiami di scienza dei materiali (focus sui materiali microstrutturati):
- Classificazione dei materiali
- Teoria delle dislocazioni e meccanismi di rafforzamento nei materiali metallici
- Meccanica della frattura
- Materiali ceramici
- Materiali polimerici
- Materiali compositi
- Proprietà dei materiali ad alta temperatura
- Proprietà funzionali dei materiali (elettriche, termiche, magnetiche)

2)Nanostrutturazione dei materiali:
- Introduzione ai materiali nanocristallini massivi di natura metallica e ceramica
- Classificazione
- Ruolo dei bordi di grano e problematiche connesse al controllo della crescita di grano (meccanismo di Zener, il “solute drag” e il “pore drag”)
- Tecnologie di produzione di materiali massivi nanostrutturati metallici e ceramici (Alligazione meccanica, Spark Plasma Sintering, Severe Plastic Deformation, Nano-sintering, tecniche sol-gel, cristallizzazione da fase amorfa)
- Le proprietà dei materiali nanostrutturati massivi (proprietà chimico-fisiche, proprietà meccaniche e funzionali)
- Nanocompositi a matrice polimerica, metallica e ceramica: preparazione e proprietà
- Applicazioni industriali di nanomateriali



Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
Programma del corso

1. Richiami di scienza dei materiali:
Compositi nanostrutturati (Ceramici, Metallici, Polimerici)

2. Le superfici:
Chimica – fisica delle superfici
Energia superficiale
Tensione superficiale e bagnabilità

3. Il degrado chimico dei materiali (corrosione elettrochim. e ad alta T)
Forme di corrosione
Cinetiche base di ossidazione ad alta T
Altre forme di danneggiamento (UV, assorb. Acqua…)
Corrosione ad alta T

4. Il degrado fisico-meccanico dei materiali (usura)
Forme di usura, erosione: meccanismi, modelli, proprietà dei materiali

5. Tecnologie per la funzionalizzazione delle superfici (principi di funzionamento, elementi per modeling di processo, campi applicativi)
Tecniche con apporto di materiale
Rivestimenti spessi (plasma caldo, combustione, cold spray, PTA)
Metodi chimici/diffusivi (pack cementation)
Film sottili (PVD tutte e CVD varie)
Le tecniche sol-gel
Le tecniche senza apporto di materiale
Tecniche ioniche
Trattamenti laser (e cenni al laser cladding)
Trattamenti plasma

6. Elementi di modellizzazione e strumenti per la previsione delle prestazioni dei materiali
(FEM, CFD).

7. Modelli e tecniche di micro e nano-meccanica per la valutazione delle proprietà meccaniche di film e materiali massivi nanostrutturati

8. Esempi di applicazioni (materiali/tecnologie/principi)
BARRIER COATINGS (Diffusion barriers, Tensile strength/Impact strength,Flame retardancy, Fire protection, UV Protection)
SCRATCH AND WEAR RESISTANT COATINGS (Corrosion protection, Wear and tear protection, Scratch resistance)
CONDUCTIVE COATINGS (Insulation, fotovoltaico)
PHOTOCATALYTIC COATINGS
ANTI-BACTERIAL, ANTI-FOULING AND STAIN REPELLENT COATINGS (Antibacterial, Anti-fingerprint, Easy-to-Clean, Anti-Graffiti)
SELF-CLEANING COATINGS (Lotus-Effect)
ANTI-FOGGING COATINGSSMART AND RESPONSIVE COATINGS (Self-Healing, Self-Decontaminating Surfaces)
BIOACTIVE COATINGS (Biocompatibility, Biomimetics)

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI
- Richiami di scienza e tecnologia dei materiali:

Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And Engineering: An Introduction
William D. Callister
John Wiley & Sons


- Nanostrutturazione dei materiali:

Dispense a cura del docente



Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
Dispense fornite dal docente tramite piattaforma e-learning

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI
N/D
Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
N/D

Didattica in presenza in aula

La frequenza in aula è fortemente raccomandata

Modulo Materiali Nanostrutturati
L'esame verterà su una prova orale, relativa sia agli aspetti di base della scienza e tecnologia dei materiali che agli aspetti avanzati relativi ai materiali nanostrutturati.
L'esame si basa generalmente su tre domande, delle quali solitamente le prime due su argomenti relativi alla scienza dei materiali, quali ad esempio:
- Teoria dei legami, organizzazione della materia allo stato solido, difetti;
- Teoria della deformazione plastica, meccanismi di rinforzo, meccanismi di cedimento dei materiali;
- Scienza e tecnologia dei materiali metallici, polimerici, ceramici e compositi;
- Meccanica della frattura;
- Scorrimento a caldo (creep)
Almeno una domanda riguarda argomenti relativi ai materiali nanostrutturati, quali ad esempio:
- Introduzione e classificazione dei materiali nanostrutturati;
- Tecniche di produzione;
- Proprietà dei materiali nanostrutturati.

Modulo Ingegneria delle superfici
L'esame verterà su una prova orale, con domande relative sia agli aspetti di base dell’ingegneria delle superfici che agli aspetti avanzati relativi alle proprietà ed applicazioni di specifiche classi di rivestimenti.
Le domande mirano a verificare l'avvenuta acquisizione delle conoscenze e dei concetti discussi nel corso.
L'esame si basa generalmente su domande relative a specifici argomenti trattati nel corso, quali ad esempio:
- Proprietà delle superfici;
- Tecniche di fabbricazione di rivestimenti spessi e sottili;
- Fenomeni di degrado superficiale
- Proprietà meccaniche e funzionali di specifiche classi di rivestimenti;
- Applicazioni industriali.
La prova di esame ha quindi lo scopo di valutare il livello che lo studente ha raggiunto nell'acquisire le competenze descritte negli obiettivi formativi, con particolare riferimento alla comprensione delle tematiche affrontate durante le lezioni, non solo dal punto di vista teorico ma anche in riferimento alle applicazioni industriali illustrate durante il corso.

- Meccanismi di rinforzo nelle leghe metalliche
- Sinterizzazione dei materiali ceramic
- Proprietà meccaniche dei materiali compositi
- Tecniche di produzione dei materiali nanostrutturati
- Proprità di bagnabilità delle superfici
- Fenomeni di degrado superficiale: corrosione e usura
- Tecniche di deposizione da fase vapore

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI

• Introduzione alla scienza e ingegneria dei materiali
  • Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente
    
    testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:
    
    
    
     
    
    
    
    Materials Science And
    
    Engineering: An Introduction
    
    
    
    William D. Callister
    
    
    
    John Wiley & Sons


• Materiali nanostrutturati
  • Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione

• Richiami di scienza dei materiali, materiali nanocompositi, chimica - fisica delle superfici
  • Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione


• Fenomeni di degrado chimico e fisico delle superfici e dei materiali
  • Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione


• Tecnologie di ingegneria delle superfici e tecniche di caratterizzazione superficiale
  • Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione