Il Programma del corso

Lezione 1
Introduzione alla scienza e ingegneria dei materiali
Il rapporto tra la tecnologia dei materiali, la storia, l'economia, l'innovazione e l'ecologia. Recenti sviluppi: i materiali intelligenti, i nanomateriali, i materiali ecosostenibili. L'economia circolare, la gestione dei rifiuti, il ciclo di vita di un prodotto secondo Levitt e il life cycle assesment. L'impronta ecologica.

Lezione 2
I materiali ed il modello atomico
Chimica nei materiali: Dall’atomo di Bohr, alle molecole e composti. Visione panoramica degli elementi sulla tavola periodica. L'elettronegatività e la classificazione dei materiali (elementi e composti) sulla base dei legami chimici (ionico, covalente, metallico, Van Der Vaals). Il triangolo di Norman ed il tetraedro di Laing per la classificazione degli elementi e dei composti.

Lezione 3
Ordine e disordine nella materia
Struttura e geometria cristallina: cella elementare, sistemi cristallini e reticoli di Bravais. Principali strutture cristalline metalliche ioniche covalenti. Principi di mineralogia. Direzioni, piani cristallografici nelle celle elementari. Confronto tra le strutture cristalline CFC, EC, CCC. Densità volumetrica planare e lineare. Polimorfismo. Analisi della struttura cristallina. Materiali amorfi e materiali polimerici.

Lezione 4
I difetti possono servire
Classificazione dei difetti nei cristalli e nei materiali. Difetti puntuali interstiziali sostituzionali e aliovalenti. Il formalismo di Kroger Vink. Ruolo dei difetti nel comportamento meccanico e funzionale dei materiali. Le celle a combustibile e la conduzione ionica.

Lezione 5
La diffusione legge di natura
I principi della diffusione e i fenomeni di trasporto di materia, la prima e seconda legge di Fick. La funzione errore per la risoluzione della seconda legge di Fick. I trattamenti termici di carburazione.

Lezione 6
Le proprietà meccaniche dei materiali
Proprietà meccaniche dei materiali e i metodi e strumenti per la loro misura. Le relazioni costitutive, la legge di Hooke, la resistenza, la rigidità, la tenacità, la duttilità, lo snervamento, la resilienza, la durezza.

Lezione 7
Le proprietà termiche dei materiali
Materiali, temperatura ed efficientamento energetico. I fononi e l'interpretazione del calore specifico e conducibilità termica. L'espansione termica, il creep, lo shock termico.

Lezione 8
La termodinamica applicata ai materiali e i diagrammi di fase
Richiami di termodinamica, il potenziale chimico. Diagrammi di stato di sostanze pure e composti. Regola delle fasi di Gibbs. Curve di raffreddamento. Leghe binarie isomorfe. Regola della leva. Solidificazione delle leghe in condizioni non di equilibrio. Leghe binarie eutettiche. Leghe binarie peritettiche. Trasformazioni invarianti. Diagrammi di stato con fasi e composti intermedi.

Lezione 9
I materiali ceramici dalla preistoria allo spazio
Materiali ceramici e classificazione dei minerali silicatici. Le argille e la lavorazione allo stato plastico dei materiali ceramici tradizionali e avanzati. I trattamenti termici e la sinterizzazione.

Lezione 10
I vetri: trasparenza e fragilità
I vetri: la teoria di Zachariesen: ossidi formatori e modificatori. Temperatura di transizione vetrosa. Viscosità e lavorabilità. Esempi di composizioni vetrose: silice fusa, vetro sodalime, pyrex. Proprietà reologiche. Produzione e lavorazione dei vetri, Il vetro piano, tempra termica e chimica ed indurimento superficiale. Proprietà ottiche dei materiali: Definizioni, fenomeni di assorbimento, emissione, riflessione e luminescenza. Il controllo del fattore solare, la trasmittanza termica, l'effetto serra.

Lezione 11
I materiali polimerici
Materiali polimerici: la classificazione e le reazioni di polimerizzazione. Metodi industriali di polimerizzazione. Lavorazione dei materiali polimerici. Classificazione dei materiali polimerici. Deformazione e irrigidimento dei materiali polimerici. Creep e frattura dei materiali polimerici.

Lezione 12
I materiali compositi: l'unione fa la forza
Materiali compositi: rinforzi e fibre per materiali compositi a matrice polimerica. Proprietà meccaniche dei materiali compositi, regola delle fasi, fasi in serie e in parallelo, compositi a matrice duttile e compositi a matrice fragile.

Lezione 13
I materiali da costruzione
I materiali da costruzione: Gesso, calce, Calcestruzzo (Cemento portland. Acqua di miscelazione, Aggregati, Additivi, Resistenza a compressione del calcestruzzo, Proporzionamento della miscela di calcestruzzo, calcestruzzo armato, calcestruzzo armato precompresso).