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PORTALE DELLA DIDATTICA

Ingegneria dei nanomateriali

01UAPMZ

A.A. 2022/23

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Dei Materiali - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 88
Esercitazioni in laboratorio 12
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Castellino Micaela   Ricercatore L240/10 FIS/03 26 0 36 0 2
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
FIS/03
ING-IND/22
ING-IND/22
4
1
5
B - Caratterizzanti
F - Altre attività (art. 10)
B - Caratterizzanti
Discipline fisiche e chimiche
Altre conoscenze utili per l'inserimento nel mondo del lavoro
Discipline dell'ingegneria
Valutazione CPD 2021/22
2022/23
La principale caratteristica di un materiale nanostrutturato è il fatto di essere progettato e modificato nella sua nanostruttura al fine di ottenere un preciso insieme di prestazioni, generalmente superiori o comunque non assimilabili a quelle esibite dai materiali "convenzionali" di dimensioni maggiori. Le strutture cristalline di dimensioni inferiori ai 100 nanometri presentano infatti caratteristiche peculiari che è possibile sfruttare, attraverso particolari processi di lavorazione, con riferimento anche alla macro scala. Attraverso l'uso delle nanotecnologie si possono realizzare nuovi materiali funzionali, strumenti e sistemi con straordinarie proprietà derivanti dalla loro struttura molecolare ed implementare qualità e caratteristiche di processi e prodotti esistenti. Alla nanoscala, infatti, gli oggetti sono in grado di cambiare colore, forma e fase in funzione di parametri intrinseci (quali il band gap, la dimensione media, il confinamento dimensionale…) in maniera peculiare e non riproducibile alla macro scala. L’insegnamento affronta quindi lo studio delle proprietà specifiche dei nanomateriali nonché la loro progettazione ed il loro impiego, nell’ottica di creare nuovi materiali che possano essere utilizzati oggigiorno per rispondere alle richieste della Comunità Europea ed Extra-Europea, in termini di “Green Deal”, “Climate Change”, “Energy & Mobility”.
The main feature of a nanostructured materials relies on the possibility to be modified in its nanostructure to achieve advanced properties with respect to the conventional materials, usually superior to the one exibithed by "conventional" higher dimension materials. The properties of crystal lattice below of 100 nm can be exploited through specific technologies. By using nanotechnology, it is possible to achieve new functional materials. At the nanoscale dimension the object can change their colour, shape and phase much easier than at macroscale, due to intrinsic parameters (such as energy band gap, average dimension, and dimensional confinament,...). During this course we will take into consideration the peculiar properties of nanomaterials, how to project and the engineering them, in order to use them to fulfill the new requirements from European and Non-Europeran Community, in terms of “Green Deal”, “Climate Change”, “Energy & Mobility”.
L'obiettivo è di sviluppare nell'allievo la capacità di progettare e di ingegnerizzare un materiale di dimensioni nanometriche e saperne riconoscere le proprietà peculiari, attraverso l’utilizzo delle principali tecniche di caratterizzazione già note. Al termine dell’Insegnamento lo studente avrà acquisito informazioni sulle proprietà dei nanomateriali e sulle nanotecnologie.
The aim is to induce in the student the ability to engineer a nanostructured material and to known the peculiar properties of nanomaterials.
L'allievo che accede a questo insegnamento deve conoscere le proprietà generali dei materiali metallici, ceramici e polimerici in forma massiva (non nanostrutturati). Sono inoltre richieste nozioni di base di meccanica quantistica e struttura della materia ed anche delle principali tecniche di caratterizzazione chimico-fisiche di materiali, acquisite durante i corsi del primo triennio in Ingegneria dei Materiali e durante i corsi del biennio di specializzazione in Ingegneria dei Materiali Funzionali. Sarà inoltre richiesta una conoscenza di base del trattamento dei dati sperimentali per poter affrontare le esperienze di laboratorio e compilare le relative relazioni conclusive. Tali conoscenze dovrebbero essere state apprese durante i corsi del I anno di Fisica 1, Chimica ed Algebra.
The student needs to know the general properties of metallic, ceramic and polymeric materials in bulk. It is important to have basic knowledge on quanto-mechanic and materials structure besides the main physical-chemical characterization techniques.
Introduzione ai nanomateriali. Proprietà dei materiali alla nanoscala: effetto delle dimensioni sul comportamento dei materiali. Proprietà elettroniche di banda, proprietà ottiche, plasmone di risonanza, proprietà termiche ed elettriche. Nanoparticelle (sistemi 0D): quantum dots, nanoparticelle metalliche e polimeriche: sintesi, funzionalizzazione, applicazioni. Nanofili (sistemi 1D): Nanofili semiconduttori e metallici: sintesi, funzionalizzazione, applicazioni. Nanotubi di carbonio: sintesi, funzionalizzazione, applicazioni. Materiali bidimensionali (sistemi 2D): grafene, quantum wells, membrane nanostrutturate. Materiali nanostrutturati (sistemi 3D): Copolimeri a blocchi (BCPs) e self-assembling: diagrammi ordine-disordine e trattazione termodinamica dell’autoassemblaggio dei copolimeri a blocchi. Impiego dei BCP come templanti. Nanocompositi. Fenomeni di trasporto in matrici polimeriche con filler nanometrici. Biomimetica, nanorobots. Introduzione ai metodi di simulazione atomistici per l’ingegneria dei nanomateriali. Laboratorio sulla caratterizzazione chimico-fisica di materiali nanostrutturati.
Introduction to nanomaterials: properties of the nanoscale, effect of size on the behaviour of the materials. Electronic properties, optical properties, plasmon of resonance, thermal and electric properties. Nanoparticles (system 0D): quantum dots, metallic and polymeric nanoparticles. Nanorods (system 1D): metallic and semiconductor nanorods: synthesis functionalization and exploitation. Carbon nanotubes Bidimensional materials (system 2D): graphene, quantum wells, nanostructured membranrs. MEMS and NEMS technologies. Nanostructured materials (system 3D): BCPs, self-assembling: order-disorder diagram and thermodynamic of self-assembly. Nanocomposites. Biomimetics. Nanorobotic. Laboratory on graphene and nanostructured zeolites.
“L’insegnamento è strutturato in: - 88 ore di lezione in aula, mirate allo sviluppo di conoscenze relative ai nanomateriali e alle strategie tecnologiche per la produzione di nanomateriali e per la modulazione delle loro proprietà (come descritto in dettaglio nel programma); - 12 ore di attività in laboratorio mirate a stimolare l’abilità di applicare le conoscenze acquisite nella risoluzione di problemi pratici. Saranno inoltre presentate e discusse le tecniche di caratterizzazione dei materiali e le tecnologie produttive o di modifica degli stessi per fornire agli studenti strumenti per la loro selezione e analisi critica. La partecipazione al laboratorio è facoltativa, mentre la teoria inerente le esperienze sarà comunque argomento di esame. Poiché questo insegnamento è una particolare sintesi di diversi aspetti della chimica, fisica e tecnologia dei nanomateriali è stato sviluppato materiale didattico ad hoc che non coincide interamente e perfettamente con testi disponibili sul mercato. Le diapositive, mostrate a lezione, vengono messe a disposizione degli studenti iscritti all'insegnamento sul portale della didattica.
Since this cours is an interdisciplinary course taking knowledge from chemistry, physics and materials engineering, it has been prepared handouts related to the course, that will be available to the students.
I testi di riferimento per gli approfondimenti sono i seguenti: 1) “Introduction to Nanoscience and Nanomaterials”, D. C. Agrawal (2013, World Scientific) 2) “Nanostructures & Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications” G. Cao (2004, Imperial College Press) o in alternativa, la sua riedizione più recente: “Nanostructures & Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications” G. Cao & Y. Wang (2011, World Scientific). I testi di riferimento sono reperibili presso le Biblioteche del Politecnico di Torino (Centrale e DISAT).
1) “Introduction to Nanoscience and Nanotechnology”, G. L. Hornyak et al. (CRC Press) 2) “Introduction to Nanotechnology” C. P. Poole e F. J. Owens (Wiley)
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato scritto prodotto in gruppo;
Exam: Written test; Group essay;
Modalità di esame: prova scritta obbligatoria con domande aperte su tutto il programma svolto a lezione e sulla teoria delle attività svolte in laboratorio. Lo scritto è composto da cinque domande ed il tempo a disposizione, per portare a termine l'elaborato, è di un'ora e mezza. Non è possibile consultare materiale didattico/relazioni prodotti durante l'anno. La valutazione massima raggiungibile con l'esame scritto è pari a 30/30. Sarà verificata l'acquisizione delle conoscenze e la comprensione delle proprietà chimico fisiche dei materiali alla nanoscala e delle loro applicazioni come materiali funzionali in svariati campi tecnologici. Una parte della valutazione riguarderà la relazione scritta (facoltativa) sulle attività di laboratorio svolte in gruppi, che potrà, eventualmente, permettere di raggiungere il voto finale pari a 30L. Le relazioni dovranno comprendere un'introduzione all'esperienza, la descrizione sintetica dell'attività svolta in laboratorio, i dati raccolti e la relativa analisi, con commento critico finale sui risultati ottenuti. Il voto extra maturato con le relazioni di laboratorio potrà essere riscosso solo all'interno dell'anno accademico di frequenza, dopo il quale le relazioni non verranno più considerate (nè il voto che queste hanno eventualmente prodotto). Un altro voto extra verrà assegnato a coloro i quali svolgeranno l'attività di esercitazione in aula per la tematica "Introduzione alla Dinamica Molecolare", producendo una relazione scritta relativa allo studio di una particolare proprietà intrinseca dei materiali nanometrici. Non è prevista una prova orale per l'esame del corso.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Written test; Group essay;
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
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