B1769 - SCIENZA DEI MATERIALI 1

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce le varie classi di materiali e le proprietà che li caratterizzano (meccaniche, chimiche, elettriche, ottiche e magnetiche). Ha compreso come tali proprietà siano determinate dalla composizione, tipo di legame, struttura molecolare e/o cristallina del materiale e come possano essere manipolate attraverso trattamenti meccanici, termici e chimici, difetti ed impurezze. Conosce e sa classificare i principali reticoli cristallini ed interpretare i diagrammi di fase. Usa diverse piattaforme software per visualizzare la struttura atomistica dei materiali e monitorare i cambiamenti in essa indotti da sollecitazioni meccaniche e temperatura.

Contenuti

Modulo 1 (teoria):

Introduzione: classificazione dei materiali, processi e proprieta’ dei materiali

Struttura atomica e legami interatomici

Struttura dei solidi cristallini: strutture cristalline, polimorfismo e allotropia; sistemi cristallini, direzioni e piani cristallini; materiali cristallini e non cristallini, diffrazione a raggi X; cristalli bidimensionali

Imperfezioni nei solidi: difetti puntuali; imperfezioni; tecniche microscopiche

Diffusione

Proprieta’ meccaniche: sforzo e deformazione, deformazione elastica e plastica; meccanismi per aumentare la resistenza; fondamenti della frattura; proprieta’ meccaniche dei ceramici

Diagrammi di fase e nucleazione: sistemi binari isomorfi; sistemi binari eutettici;trasformazioni di fase e nucleazione

Introduzione alle proprieta’ termiche, elettriche, magnetiche ed ottiche

Introduzione a materiali e proprieta’ avanzati

Modulo 2 (laboratorio computazionale): 

Al termine dei laboratori gli studenti avranno imparato ad analizzare attraverso strumenti computazionali la struttura e le piu' importanti proprietà fondamentali dei materiali. I modelli atomistici dei bulks, includendo cristalli elementari, composti amorfi e materiali bidimensionali, saranno costruiti e visualizzati attraverso un software che consente l'ispezione diretta dei parametri geometrici.

Dall'analisi dell'equazione di stato saranno ricavati la costante reticolare di equilibrio e il modulo di compressibilita' di diversi cristalli e verranno discusse possibili transizioni di fase strutturali indotte dalla pressione.

La distribuzione della carica elettronica all'interno dei solidi sarà visualizzata e mediata su diversi piani atomici, saranno inoltre considerati gli effetti di difetti puntuali ed estesi.

Superfici solide di cristalli saranno modellizzate tramite supercelle periodiche, prendendo in considerazione anche le ricostruzioni più comuni. L'adsorbimento di atomi e molecole sarà studiato analizzando le variazioni della geometria superficiale, dell'energia e della carica elettronica indotte dalle specie adsorbite.

Interfacce solide saranno costruite abbinando diversi reticoli cristallini e le ridistribuzioni di carica elettronica che si verificano quando due superfici sono accoppiate verranno analizzate.

Saranno visualizzate traiettorie di atomi prodotte da simulazioni di dinamica molecolare da cui, tramite strumenti di post-processing saranno derivate proprietà chiave quali: la temperatura del sistema, l'energia potenziale, la funzione di distribuzione radiale e coefficienti di diffusione.

 

Testi/Bibliografia

Scienza e ingegneria dei materiali, William D. jr. Callister, David G. Rethwisch, EDISES

Materials Science and Engineering: An Introduction, 10th Edition, William D. Callister Jr., David G. Rethwisch, Wiley & Sons

Physical Foundations of Materials Science, Günter Gottstein,  Springer Berlin, Heidelberg

Metodi didattici

Lezioni in aula con slides e/o lavagna (tradizionale o elettronica). Esercitazioni al PC.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso una prova orale.

Strumenti a supporto della didattica

Lavagna (tradizionale o elettronica), videoproiettore, PC.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Margherita Marsili

Consulta il sito web di Maria Clelia Righi