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Applicazioni energetiche dei materiali

02QZSND

A.A. 2020/21

2020/21

Applicazioni energetiche dei materiali

Sommario grafico: http://www.polito.it/small/energy/AppEnergeticheMateriali.jpg Altri esempi di applicazione di interesse: http://www.polito.it/small L'efficienza dei processi energetici é oggigiorno in continua evoluzione grazie alla disponibilità di materiali dalle prestazioni sempre più performanti. Tale cambiamento é reso possibile anche grazie ai continui progressi delle nanotecnologie. Questo corso intende in primo luogo dare una panoramica delle più moderne soluzioni nanotecnologiche utilizzate in ambito energetico, sia dal punto di vista della realizzazione dei dispositivi utilizzati sia da quello del loro uso all'interno degli impianti di conversione e trasporto dell'energia. In tal modo, si intende sottolineare come oggigiorno più che mai i due aspetti siano intimamente connessi. Il corso intende dunque fornire strumenti tecnico-scientifici che amplino le basi culturali dell’ingegnere energetico permettendogli una gestione consapevole delle funzionalità tecniche dei dispositivi e dei relativi materiali impiegati. Il filo conduttore del presente corso è sinteticamente rappresentato nella figura in alto, dove ci si pone l’obiettivo di analizzare, sia dal punto di vista della scienza dei materiali che da quello energetico/impiantistico, il processo di raccolta di energia da una data fonte, il suo trasporto, accumulo e uso civile direttamente nella forma termica. In particolar modo, ci si concentrerà sulla luce solare, anche se gli argomenti trattati avranno un respiro più ampio e possono dunque essere ugualmente utili per fonti energetiche diverse. Gli argomenti del corso offriranno la possibilità di applicare i concetti di dinamica molecolare affrontati nel corso e quindi di comprendere le connessioni tra gli aspetti microscopici dei materiali e le loro ricadute macroscopiche. Alla fine del corso, ci si attende che lo studente abbia acquisito strumenti avanzati di progettazione che gli conferiscano una capacità di scegliere per ciascun sotto-processo coinvolto (ciascun sotto-processo è trattato in ciascuno dei quattro moduli del corso) sia il dispositivo sia il relativo materiale più adatto allo scopo. Ci si attende inoltre che lo studente acquisisca le capacità per giudicare e progettare i diversi componenti dell’impianto sia individualmente che dal punto di vista sistemico.

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Graphical abstract: http://www.polito.it/small/energy/AppEnergeticheMateriali.jpg Other examples: http://www.polito.it/small Today the efficiency of energy processes is constantly increasing due to the availability of highly efficient materials. This change is made possible also thanks to the continuous advances in nanotechnology. This course intends primarily to give an overview of the most modern nanotechnology solutions used in the energy sector, both from the point of view of the realization of the adopted devices and from that of their use within the installations for energy conversion and transport. Thus, it is intended to emphasize that, today more than ever, the two are intimately connected. The course aims to provide technical and scientific tools that expand the engineer background, enabling the energy management aware of the technical capabilities of the devices and related materials. The underlying theme of this course is briefly explained: one aims to analyze, from the point of view of materials science and from that of plant design, the process of collecting energy from a given source, its transportation, storage and civilian use directly in thermal form. In particular, we will focus on the sunlight, even if the topics covered will have a wider applicability and can therefore be equally useful for different energy sources. The applications analysed in the course will offer the possibility of applying the concepts of molecular dynamics and then to understand the connections between the microscopic phenomena of the materials and their macroscopic effects. At the end of the course, it is expected that the student has acquired advanced tools of design such that the ability to choose, for each involved sub-process (one sub-process is treated in each of the four modules of the course), the device and the most suitable material for the purpose. It is anticipated that the student acquires the ability to judge and plan the various components individually and in a systemic perspective.

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Il corso si prefigge di trasmettere i due seguenti obbiettivi di apprendimento. 1) Il primo obbiettivo è quello di trasmettere una cultura ingegneristica sui materiali recenti più avanzati (i.e. nano-ingegnerizzati) per applicazioni energetiche, con particolare enfasi alle correlazioni esistenti tra struttura, microstruttura e prestazione degli stessi, sottolineando quindi le potenzialità di progettazione con i materiali attraverso un controllo delle loro caratteristiche microstrutturali. 2) Il secondo obbiettivo è di fornire allo studente uno strumento robusto e versatile relativo alla simulazione numerica dei materiali mediante dinamica molecolare che gli permetta di approcciare in modo consapevole la moltitudine di materiali per i dispositivi per il recupero e lo stoccaggio di energia che la moderna scienza dei materiali oggigiorno mette a disposizione. Mediante i due obbiettivi precedenti, lo studente potrà acquisire conoscenze avanzate che si svincolino da una mera descrizione, ma costituiscano le linee-guida per una conoscenza consapevole dei materiali da impiegare nei dispositivi energetici.

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The course aims to achieve two educational goals. 1) The first goal is to transmit a culture of most advanced engineering materials (i.e. nano - engineered) for energy applications, with particular emphasis on correlations between structure, microstructure and performance, thus revealing the potential of design with the materials through a control of their microstructure. 2) The second goal is to provide students with a robust and versatile tool for numerically simulating materials by molecular dynamics that allows him/her to approach consciously the multitude of materials that modern material science makes available today for energy recovery and storage. In particular, by these two goals, the student will acquire advanced knowledge beyond merely descriptive approach, but constitutes the guidelines for a conscious knowledge of the materials to be used in energy devices.

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Conoscenze di base sulle principali classi di materiali e loro comportamento termico, ottico e meccanico. Conoscenze di base su scambio termico.

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Basic knowledge of the main topics of materials and their thermal, optical and mechanical behaviour. Basic knowledge of heat and mass transfer.

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Il corso prevede i seguenti macro-blocchi: 1) Metodi generali per la scelta di un materiale. Introduzione alla strategia di selezione dei materiali ed alla definizione delle linee-guida fondamentali per la selezione dei materiali in funzione dell’applicazione prevista e dei pre-requisiti imposti a livello progettuale. Introduzione all’uso di software per la selezione sistemica dei materiali. Richiami alle relazioni composizione-struttura-proprietà delle classi principali dei materiali. 2) Teoria della dinamica molecolare classica. Introduzione alla dinamica molecolare classica. Potenziali di iterazione e relative forze. Potenziali per la descrizione dei legami covalenti (interazioni forti). Potenziali per la descrizione delle forze indotte dai dipoli (interazioni deboli). Interazioni di van der Waals e modello di Lennard-Jones. Termostati e pressostati. Integrazione numerica. Calcolo delle proprietà termofisiche macroscopiche. Esempio della conducibilità termica. 3) Materiali per la conversione della radiazione solare. Materiali per dispositivi per il recupero dell’energia solare e definizione delle linee-guida per la loro selezione. Materiali per rivestimenti ad alta riflessione o assorbimento: principali proprietà e potenzialità, possibili strategie di selezione. Variazioni composizionali e strutturali (ai vari livelli) dei materiali per il miglioramento delle proprietà fisiche e funzionali. Deposizione di strati sottili mediante tecniche CVD e PVD. 4) Introduzione al mondo dei materiali in scala nanometrica e caratteristiche dei materiali nanostrutturati. Sintesi di micro- e nano-particelle per la raccolta, il trasferimento e lo stoccaggio di calore. Materiali per la raccolta dell’energia solare ed il trasporto termico: principali proprietà e potenzialità, possibili strategie di selezione. Studio delle strategie perseguibili per garantire una corretta operatività e durabilità in esercizio. 5) Uso e applicazioni di micro- e nanotecnologia per la raccolta diretta dell’energia solare e trasporto termico. Nanotecnologie nelle scienze termiche: il concetto di nano-fluido. Principali proprietà termo fisiche dei nano fluidi e principali metodi euristici di calcolo delle stesse. Cenni su dinamica molecolare. Modellazione delle principali proprietà di trasporto tramite dinamica molecolare. Nano-fluidi neri per la raccolta diretta della radiazione solare. Micro-fluidi. Fluidi slurry micro-incapsulati a elevata capacità termica per il trasporto e accumulo termico. 6) Materiali e tecnologie emergenti per la fabbricazione flessibile e geometrie complesse. Tecnologie di fabbricazione dell’Additive Manufacturing (AM), relative a materiali polimerici, metallici, ceramici. Materiali per scambiatori termici processabili attraverso tecniche AM: principali proprietà e potenzialità. Definizione delle linee-guida per la selezione dei materiali per scambiatori termici ed applicazione della strategia di selezione. Influenza dei parametri di processo per l’ottimizzazione della risposta del dispositivo in esame. 7) Progettazione di nuove soluzioni flessibili e compatte nel campo dello scambio termico. Recupero di reflui termici a bassa temperatura e brevi cenni sui dispositivi termo-elettrici. Scambiatori compatti metallici realizzati tramite moderne tecniche di stampa 3D (additive manufacturing). Rugosità artificiale per lo scambio termico tramite stampa 3D (additive manufacturing). Scambiatori polimerici realizzati tramite plastiche conduttive: sfide e vantaggi. 8) Materiali per accumulo termico. Dispositivi per lo stoccaggio termico: soluzioni attuali e potenziali prospettive. Materiali per l’accumulo termico: soluzioni attuali e principali proprietà. Applicazione della strategia di selezione dei materiali. Studio dell’effetto del controllo della struttura dei materiali alla nanoscala sul loro rendimento prestazionale. 9) Impianti di accumulo termico. La sfida della conservazione del calore. Approcci di accumulo termico a breve, medio e lungo termine. Densità di energia e principali figure di merito dei materiali per l’accumulo termico. Principali componenti negli impianti per accumulo termico solare ad uso domestico. Brevi cenni sull’accumulo termico in altri ambiti (e.g. automobilistico).

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The course includes the following topics: 1) General methods for the selection of a material. Introduction to the strategy of materials selection and the definition of basic guidelines for the selection of materials depending on the intended application and pre-requisites imposed on a planning level. Introduction to the use of software for the systematic selection of the materials. References to the composition-structure-property relationships of the main classes of materials. 2) Theory of classical molecular dynamics. Introduction to classical molecular dynamics. Interaction potential and force fields. Potential for the description of covalent bonds (strong interactions). Potential for description of forces induced by the dipoles (weak interactions). Van der Waals interactions, and Lennard-Jones model. Thermostats and pressostats. Numerical integration. Calculation of macroscopic thermophysical properties. Example of the thermal conductivity. 3) Materials for the conversion of solar radiation. Materials for equipment for the recovery of solar power and definition of the guidelines for their selection. Materials for high reflection or absorption coatings: major properties and potentiality, possible selection strategies. Compositional and structural variations (at various levels) of the materials for the improvement of the physical and functional properties. Deposition of thin layers by means of PVD and CVD techniques. 4) Introduction to the world of materials at the nanometric scale and characteristics of nanostructured materials. Synthesis of micro- and nanoparticles for the heat collection, transport and storage. Materials for the collection of solar energy and heat transfer: major properties and potentialities, possible selection strategies. Study of the strategies to ensure proper operation and durability. 5) Use and applications of micro- and nanotechnology to the direct collection of solar energy and heat transfer. Nanotechnologies in thermal sciences: the concept of nano-fluid. Main thermo physical properties of nano fluids and main heuristic methods of their design. Overview of molecular dynamics. Modeling of the main transport properties using molecular dynamics. Black nano-fluids for direct solar radiation. Micro-fluid. Slurry fluids with micro-encapsulated particles with high thermal capacity for thermal transport and storage. 6) Materials and emerging technologies for manufacturing flexible and complex geometries. Technologies for Additive Manufacturing (AM), relative to polymers, metals and ceramics. Materials for heat exchangers that can be processed through AM techniques: major properties and potential. Definition of guidelines for the selection of materials for heat exchangers and application of the selection strategy. Influence of process parameters for the optimization of the response of the device under examination. 7) Design of new compact and flexible solutions in the field of heat transfer. Recovery of waste heat at low temperature and brief remarks on the thermo-electric devices. Metal-based compact heat exchangers made by modern techniques of 3D printing (Additive Manufacturing). Artificial roughness for heat transfer via 3D printing (Additive Manufacturing). Polymer-based heat exchangers using conductive plastics: challenges and advantages. 8) Materials for thermal storage. Devices for thermal storage: current solutions and potential prospects. Materials for thermal storage: current solutions and main properties. Application of the strategy of selection of materials. Study of the control of the structure of materials at the nanoscale on their performance. 9) The equipment for thermal storage. The challenge of preserving thermal energy. Approaches of heat storage in the short, medium and long term. Energy density and main figures of merit of the materials for the thermal storage. Main components in installations for solar thermal storage in domestic use. Brief overview of thermal storage in other industrial sectors (e.g. automotive).

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Il corso inoltre prevede le seguenti esperienze pratiche per gli studenti: 1) Laboratorio informatico relativo alla scelta dei materiali. Durante tale attività gli studenti avranno modo di applicare le strategie di selezione dei materiali in un caso pratico relativo ad uno degli esempi di dispositivi energetici trattati durante il corso, dall’analisi del progetto alla definizione dei criteri di selezione all’individuazione di una o più possibili soluzioni. 2) Laboratorio informatico di dinamica molecolare. In questo laboratorio informatico, che occupa una parte significativa del semestre, verranno approfonditi gli strumenti informatici per lo svolgimento di simulazioni numeriche di dinamica molecolare. In particolare, si affronterà per primo il sistema operativo Linux (Ubuntu) e lo strumento di simulazione GROMACS. Successivamente verranno analizzate passo-passo delle simulazioni svolte che serviranno da esempio agli studenti. Le relazioni richieste agli studenti saranno basate sulla modifica degli esempi svolti durante l'esercitazione.

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The course also provides the following laboratories with hands-on experience: 1) Computer Lab about materials selection. During this activity students will be able to apply the strategies of selecting materials in a practical case relating to any of examples of energy devices during the course, from project definition of the selection criteria to the identification of one or more possible solutions. 2) Computer Lab of molecular dynamics simulations. In this computer lab, which occupies a significant part of the semester, computer tools to carry out numerical simulations of molecular dynamics will be studied. In particular, it will address the basics of the Linux operating system (Ubuntu) and the GROMACS simulation tool. Subsequently we will analyse step-by-step the simulations that will serve as an example to students. The reports required by students will be based on the modification of the examples carried out during this exercise.

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MATERIALI: Ashby M. F., “Materials Selection in Mechanical Design”, Fourth Edition, Elsevier, 2010. I. Gibson, D. Rosen, B. Stucker, Additive Manufacturing, Second edition, Springer, 2015. P. Bermel, J. Lee, J.D. Joannopoulos, I. Celanovic, M. Soljacic, Selective Solar Absorbers, Annual Review Heat Transfer, 2012, 15, 231 T. Tadros, General Principles of Colloid Stability and the Role of Surface Forces, chapter 1 in "Colloid Stability", Wiley, 2011. R.G. Chaudhuri, S. Paria, Core/Shell Nanoparticles: Classes, Properties, Synthesis Mechanisms, Characterization, and Applications, Chem. Rev. 2012, 112, 2373. R. Saidur, K.Y. Leong and H.A. Mohammad, A review on applications and challenges of nanofluids, Renew Sust Energy Reviews, 2011, 15, 1646 D.K. Devendiran and V.A. Amirtham, A review on preparation, characterization, properties and applications of nanofluids, Renew Sust Energy Reviews, 2016, 60, 21 B. Zalba, J.M. Marin, L.F. Cabeza, H. Mehling, Review on Thermal Energy Storage with Phase Change: Materials, Heat Transfer Analysis and Applications, Applied Thermal Engineering 2003, 23, 251. A.I. Fernandez, M. Martinez, M. Segarra, I. Martorell, L.F. Cabeza, Selection of materials with potential in sensible thermal energy storage, Solar Energy Mater Solar Cells, 2010, 94, 1723 S. Khare, M. Dell'Amico, C. Knight, S. McGarry, Selection of materials for high temperature latent heat energy storage, Solar Energy Mater. Solar Cells, 2012, 107, 20 ENERGIA: - P. Asinari, E. Chiavazzo, "An Introduction to Multiscale Modeling with Applications", Esculapio, Bologna, 2013. - A. Bejan, “Advanced Engineering Thermodynamic”, John Wiley & Sons, 1997. - A. Bejan, A.D. Kraus (Editors), "Heat Transfer Handbook", John Wiley & Sons, 2003. - A. Moradi, E. Sani, M. Simonetti, F. Francini, E. Chiavazzo, P. Asinari, “Carbon-nanohorn based nanofluids for a direct absorption solar collector for civil application”, J. Nanosci. Nanotech. 15, 2015. - Matteo Fasano, Masoud Bozorg Bigdeli, Mohammad Rasool Vaziri Sereshk, Eliodoro Chiavazzo, Pietro Asinari, “Thermal transmittance of carbon nanotube networks: Guidelines for novel thermal storage systems and polymeric material of thermal interest”, Ren. Sust. Energy Rev. 41, 2015. - Luigi Ventola, Francesco Robotti, Masoud Dialameh, Flaviana Calignano, Diego Manfredi, Eliodoro Chiavazzo, Pietro Asinari, “Rough surfaces with enhanced heat transfer for electronics cooling by direct metal laser sintering”, Int. J. Heat Mass Tran. 75, 2014. - Eliodoro Chiavazzo, Matteo Fasano, Pietro Asinari, Paolo Decuzzi, “Scaling behaviour for the water transport in nanoconfined geometries”, Nature Comm. 4565, 2014. - Chiavazzo E., Asinari P., “Reconstruction and modeling of 3D percolation networks of carbon fillers in a polymer matrix” Int. J. Thermal. Sci. 49, 2010. - Chiavazzo E., Asinari P., “Enhancing surface heat transfer by carbon nanofins: towards an alternative to nanofluids?” Nanosc. Res. Lett. 6, 2011.

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MATERIALI: Ashby M. F., “Materials Selection in Mechanical Design”, Fourth Edition, Elsevier, 2010. I. Gibson, D. Rosen, B. Stucker, Additive Manufacturing, Second edition, Springer, 2015. P. Bermel, J. Lee, J.D. Joannopoulos, I. Celanovic, M. Soljacic, Selective Solar Absorbers, Annual Review Heat Transfer, 2012, 15, 231 T. Tadros, General Principles of Colloid Stability and the Role of Surface Forces, chapter 1 in "Colloid Stability", Wiley, 2011. R.G. Chaudhuri, S. Paria, Core/Shell Nanoparticles: Classes, Properties, Synthesis Mechanisms, Characterization, and Applications, Chem. Rev. 2012, 112, 2373. R. Saidur, K.Y. Leong and H.A. Mohammad, A review on applications and challenges of nanofluids, Renew Sust Energy Reviews, 2011, 15, 1646 D.K. Devendiran and V.A. Amirtham, A review on preparation, characterization, properties and applications of nanofluids, Renew Sust Energy Reviews, 2016, 60, 21 B. Zalba, J.M. Marin, L.F. Cabeza, H. Mehling, Review on Thermal Energy Storage with Phase Change: Materials, Heat Transfer Analysis and Applications, Applied Thermal Engineering 2003, 23, 251. A.I. Fernandez, M. Martinez, M. Segarra, I. Martorell, L.F. Cabeza, Selection of materials with potential in sensible thermal energy storage, Solar Energy Mater Solar Cells, 2010, 94, 1723 S. Khare, M. Dell'Amico, C. Knight, S. McGarry, Selection of materials for high temperature latent heat energy storage, Solar Energy Mater. Solar Cells, 2012, 107, 20 ENERGIA: - P. Asinari, E. Chiavazzo, "An Introduction to Multiscale Modeling with Applications", Esculapio, Bologna, 2013. - A. Bejan, “Advanced Engineering Thermodynamic”, John Wiley & Sons, 1997. - A. Bejan, A.D. Kraus (Editors), "Heat Transfer Handbook", John Wiley & Sons, 2003. - A. Moradi, E. Sani, M. Simonetti, F. Francini, E. Chiavazzo, P. Asinari, “Carbon-nanohorn based nanofluids for a direct absorption solar collector for civil application”, J. Nanosci. Nanotech. 15, 2015. - Matteo Fasano, Masoud Bozorg Bigdeli, Mohammad Rasool Vaziri Sereshk, Eliodoro Chiavazzo, Pietro Asinari, “Thermal transmittance of carbon nanotube networks: Guidelines for novel thermal storage systems and polymeric material of thermal interest”, Ren. Sust. Energy Rev. 41, 2015. - Luigi Ventola, Francesco Robotti, Masoud Dialameh, Flaviana Calignano, Diego Manfredi, Eliodoro Chiavazzo, Pietro Asinari, “Rough surfaces with enhanced heat transfer for electronics cooling by direct metal laser sintering”, Int. J. Heat Mass Tran. 75, 2014. - Eliodoro Chiavazzo, Matteo Fasano, Pietro Asinari, Paolo Decuzzi, “Scaling behaviour for the water transport in nanoconfined geometries”, Nature Comm. 4565, 2014. - Chiavazzo E., Asinari P., “Reconstruction and modeling of 3D percolation networks of carbon fillers in a polymer matrix” Int. J. Thermal. Sci. 49, 2010. - Chiavazzo E., Asinari P., “Enhancing surface heat transfer by carbon nanofins: towards an alternative to nanofluids?” Nanosc. Res. Lett. 6, 2011.

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Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus); Elaborato progettuale in gruppo;

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A ciascun studente sarà somministrato sul proprio computer un test online tramite la piattaforma Exam+Respondus. Il test online include un numero di brevi domande a risposta aperta oppure chiusa. Inoltre, ciascuno studente verrà anche valutato sul risultato delle attività di laboratorio di gruppo, sia per la parte di dinamica molecolare che per quella di selezione dei materiali (quest’ultima, verrà anche discussa oralmente da remoto). Nello specifico, l’esame è così strutturato: 1. Un test scritto con un massimo di 18 domande a risposta aperta e/o chiusa che mirano ad accertare che lo studente abbia correttamente appreso i fondamenti teorici dei seguenti argomenti: teoria della dinamica molecolare classica; materiali per applicazioni energetiche. Durante questo test online, svolto sulla piattaforma di ateneo Exam con tool di proctoring (Respondus), non è consentito l’uso di alcun materiale didattico o supporto elettronico al di fuori del computer con cui si svolge l’esame. Il tempo massimo a disposizione per completare tale parte sarà di almeno 40 minuti. Per ciascuna domanda verrà assegnato 1 punto in caso di risposta corretta, 0 punti in caso di nessuna risposta, una penalità di -0.2 punti in caso di risposta sbagliata. In base alla completezza e alla qualità delle risposte, le domande a risposta aperta saranno valutate con punteggi da 0 (min) a 1 (max) e non prevedono penalità. Tale parte verrà valutata al massimo 18 punti, arrotondando per eccesso il punteggio accumulato. 2. Ciascun gruppo dovrà consegnare la relazione del progetto di dinamica molecolare almeno una settimana prima della data di esame. La consegna deve avvenire tramite il Portale della Didattica, caricando un unico file in formato PDF (che riunisca tutte le parti della relazione) nella sezione “Elaborati”. Il caricamento del file è consentito solo a un rappresentante per ciascun gruppo, avendo cura di riportare i nomi, cognomi e matricola di ciascun membro del gruppo nella prima pagina della relazione. Le relazioni verranno valutate al massimo 7 punti, e il punteggio si applicherà a ciascuno dei membri del gruppo. 3. Ciascun gruppo dovrà consegnare la relazione del progetto di scelta del materiale almeno una settimana prima della data di esame. La consegna deve avvenire tramite il Portale della Didattica, caricando un unico file in formato PDF (che riunisca tutte le parti della relazione) nella sezione “Elaborati” avendo cura di avvertire anche i docenti via e-mail del caricamento. Il caricamento del file è consentito solo a un rappresentante per ciascun gruppo, avendo cura di riportare i nomi, cognomi e matricola di ciascun membro del gruppo nella prima pagina della relazione. La relazione del progetto di scelta del materiale verrà discussa in un breve orale (10 minuti). Il calendario degli orali verrà stilato una volta chiuse le prenotazioni dell'esame. La prova orale consisterà in una breve discussione della relazione da remoto. Le relazioni sulla scelta del materiale e la relativa discussione verranno valutate al massimo 9 punti. Il voto finale dell’esame verrà calcolato per ciascun studente sommando il punteggio del test scritto online e la valutazione delle due relazioni di progetto (dinamica molecolare; scelta del materiale, quest’ultima discussa anche oralmente da remoto). Il massimo punteggio sarà pari a 30 (eventualmente con lode). L’esame si considera superato se il punteggio raggiunto è almeno pari a 18 ed entrambe le relazioni del proprio gruppo sono state consegnate. Il voto finale verrà comunicato dai docenti una settimana dopo la data dell’esame, specificando il contributo al punteggio finale di ciascuna parte d’esame (test online, valutazione relazioni). L’esame si prefigge in primo luogo di verificare il raggiungimento dell’obbiettivo di apprendimento relativo alla comprensione della dinamica molecolare (tramite la parte online e la prima relazione). Inoltre, ci si prefigge di verificare il raggiungimento dell’obbiettivo di apprendimento relativo alla scelta consapevole dei materiali e la comprensione delle correlazioni esistenti tra struttura, microstruttura e prestazione dei materiali (tramite la parte online e la seconda relazione).

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Exam: Compulsory oral exam; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus); Group project;

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Each student will have to complete an online test via the Exam + Respondus platform. The online test includes a number of short open or closed-ended questions. In addition, each student will also be assessed on the result of group laboratory activities, both for the molecular dynamics part and for the material selection part (the latter will also be discussed orally remotely). More specifically the exam is structured as follows: 1) A written test with a maximum of 18 open or closed-ended questions aiming at establishing that the student has correctly learned the theoretical foundations of the following topics: theory of classical molecular dynamics; materials for energy applications. During this online test, carried out on the Exam platform with a proctoring tool (Respondus), the use of any teaching materials or any other support is not allowed. The maximum time available to complete this part will be at least 40 minutes. For each question, 1 point will be awarded in case of correct answer, 0 points in case of no answer, a penalty of -0.2 points in case of wrong answer. Based on the completeness and quality of the answers, the open-ended questions will be assessed with scores from 0 (min) to 1 (max) and there are no penalties. This part will be evaluated at most 18 points, using the upper rounding rule whenever needed; 2) Each group must deliver the molecular dynamics project report at least one week before the exam date. The report delivery must take place through the teaching portal, by uploading a single PDF file (which brings together all the parts of the report) in the "Elaborati" section. The upload of the file is allowed only to one representative for each group, taking care to report the names, surnames and id number of each member of the group on the first page of the report. The reports will be evaluated up to a maximum of 7 points, and the score will be applied to each of the group members. 3) Each group must deliver the material selection project report at least one week before the exam date. The report delivery must take place through the teaching portal, by uploading a single PDF file (which brings together all the parts of the report) in the "Elaborati" section, taking care to also notify the teachers via e-mail of the upload. The upload of the file is allowed only to one representative for each group, taking care to report the names, surnames and id numbers of each member of the group on the first page of the report. The report of the material selection project will be discussed in a short oral (10 minutes). The oral timetable will be drawn up once the exam bookings are closed up. The oral exam will consist of a short remote discussion of the relation reports. The reports on the choice of material and the related discussion will be evaluated at most 9 points. The final exam mark will be calculated for each student by adding up the score of the online test and the evaluation of the two project reports (molecular dynamics; choice of material, with the latter being also remotely discussed orally). The maximum score will be 30 (possibly cum laude). The exam is considered passed if the score is at least 18 and both reports from the groups have been delivered. The final mark will be communicated by the lecturers a week after the exam date, specifying the contribution to the final score of each part of the exam (online test, report evaluation). The exam aims primarily to verify the achievement of the learning objectives related to the understanding of molecular dynamics (through the online part and the first report). In addition, we aim to verify the achievement of the learning objectives related to a conscious choice of materials and the understanding of the links existing between structure, microstructure and performance of materials (through the online part and the second relationship).

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Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus); Elaborato progettuale in gruppo;

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A ciascun studente sarà somministrato sul proprio computer un test scritto tramite la piattaforma Exam+Respondus. Il test scritto online include un numero di brevi domande a risposta aperta oppure chiusa. Inoltre, ciascuno studente verrà anche valutato sul risultato delle attività di laboratorio di gruppo, sia per la parte di dinamica molecolare che per quella di selezione dei materiali (quest’ultima, verrà anche discussa oralmente). Nello specifico, l’esame è così strutturato: 1. Un test scritto con un massimo di 18 domande a risposta aperta e/o chiusa che mirano ad accertare che lo studente abbia correttamente appreso i fondamenti teorici dei seguenti argomenti: teoria della dinamica molecolare classica; materiali per applicazioni energetiche. Durante questo test online, svolto sulla piattaforma di ateneo Exam con tool di proctoring (Respondus), non è consentito l’uso di alcun materiale didattico o supporto elettronico al di fuori del computer con cui si svolge l’esame. Il tempo massimo a disposizione per completare tale parte sarà di almeno 40 minuti. Per ciascuna domanda verrà assegnato 1 punto in caso di risposta corretta, 0 punti in caso di nessuna risposta, una penalità di -0.2 punti in caso di risposta sbagliata. In base alla completezza e alla qualità delle risposte, le domande a risposta aperta saranno valutate con punteggi da 0 (min) a 1 (max) e non prevedono penalità. Tale parte verrà valutata al massimo 18 punti, arrotondando per eccesso il punteggio accumulato. 2. Ciascun gruppo dovrà consegnare la relazione del progetto di dinamica molecolare almeno una settimana prima della data di esame. La consegna deve avvenire tramite il Portale della Didattica, caricando un unico file in formato PDF (che riunisca tutte le parti della relazione) nella sezione “Elaborati”. Il caricamento del file è consentito solo a un rappresentante per ciascun gruppo, avendo cura di riportare i nomi, cognomi e matricola di ciascun membro del gruppo nella prima pagina della relazione. La relazione di dinamica molecolare verrà discussa in un breve orale (10 minuti). Tale parte sarà valutata al massimo 7 punti. 3. Ciascun gruppo dovrà consegnare la relazione del progetto di scelta del materiale almeno una settimana prima della data di esame. La consegna deve avvenire tramite il Portale della Didattica, caricando un unico file in formato PDF (che riunisca tutte le parti della relazione) nella sezione “Elaborati” avendo cura di avvertire anche i docenti via e-mail del caricamento. Il caricamento del file è consentito solo a un rappresentante per ciascun gruppo, avendo cura di riportare i nomi, cognomi e matricola di ciascun membro del gruppo nella prima pagina della relazione. La relazione del progetto di scelta del materiale verrà discussa in un breve orale (10 minuti). Tale parte sarà valutata al massimo 9 punti. Il calendario degli orali (discussione relazione di dinamica molecolare e quella di scelta dei materiali) verrà stilato una volta chiuse le prenotazioni dell'esame. La prova orale consisterà in una breve discussione delle relazioni svolte da ciascun gruppo. Il voto finale dell’esame verrà calcolato per ciascun studente sommando il punteggio del test scritto online e la valutazione delle due relazioni di progetto (dinamica molecolare; scelta del materiale, quest’ultima discussa anche oralmente da remoto). Il massimo punteggio sarà pari a 30 (eventualmente con lode). L’esame si considera superato se il punteggio raggiunto è almeno pari a 18 ed entrambe le relazioni del proprio gruppo sono state consegnate. Il voto finale verrà comunicato dai docenti una settimana dopo la data dell’esame, specificando il contributo al punteggio finale di ciascuna parte d’esame (test online, valutazione relazioni). L’esame si prefigge in primo luogo di verificare il raggiungimento dell’obbiettivo di apprendimento relativo alla comprensione della dinamica molecolare (tramite la parte online e la prima relazione). Inoltre, ci si prefigge di verificare il raggiungimento dell’obbiettivo di apprendimento relativo alla scelta consapevole dei materiali e la comprensione delle correlazioni esistenti tra struttura, microstruttura e prestazione dei materiali (tramite la parte online e la seconda relazione).

Applicazioni energetiche dei materiali

Exam: Compulsory oral exam; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus); Group project;

Applicazioni energetiche dei materiali

Each student will have to complete an online test via the Exam + Respondus platform. The online test includes a number of short open or closed-ended questions. In addition, each student will also be assessed on the result of the group laboratory activities, both for the molecular dynamics part and for the material selection part (the latter will also be discussed orally). More specifically: 1) An online test with a maximum of 18 open or closed-ended questions aiming at assessing that the student has correctly learned the theoretical foundations of the following topics: theory of classical molecular dynamics; materials for energy applications. During this online test, carried out on the Exam platform with a proctoring tool (Respondus), the use of any teaching materials or any other support is not allowed. The maximum time available to complete this part will be at least 40 minutes. For each question, 1 point will be awarded in case of correct answer, 0 points in case of no answer, a penalty of -0.2 points in case of wrong answer. Based on the completeness and quality of the answers, the open-ended questions will be assessed with scores from 0 (min) to 1 (max) and there are no penalties. This part will be evaluated at most 18 points, and the upper rounding rule will be applied whenever needed; 2) Each group must deliver the molecular dynamics project report at least one week before the exam date. The report delivery must take place through the teaching portal, uploading a single PDF file (which brings together all the parts of the report) in the "Elaborati" section. The upload of the file is allowed only to one representative for each group, taking care to report the names, surnames and id numbers of each member of the group on the first page of the report. The molecular dynamics relation will be briefly discussed orally (10 minutes). This part will be rated at most 7 points. 3) Each group must deliver the material selection project report at least one week before the exam date. The report delivery must take place through the teaching portal, by uploading a single PDF file (which brings together all the parts of the report) in the "Elaborati" section, taking care to also notify the lecturers via e-mail. The upload of the file is allowed only to one representative for each group, taking care to report the names, surnames and id numbers of each member of the group on the first page of the report. The report of the material selection project will be shortly discussed (10 minutes). This part will be rated at most 9 points. The oral timetable (discussion of the molecular dynamics relationship and the choice of materials) will be drawn up once the exam reservations are closed. The oral exam will consist of a brief discussion of the reports made by each group. The final exam mark will be calculated for each student by adding the score of the written test online and the evaluation of the two project reports (molecular dynamics; choice of material, the latter also discussed orally remotely). The maximum score will be 30 (possibly cum laude). The exam is considered passed if the score is at least 18 and both reports from the groups have been delivered. The final mark will be communicated by the lecturers a week after the exam date, specifying the contribution to the final score of each part of the exam (online test, report evaluation). The exam aims primarily to verify the achievement of the learning objectives related to the understanding of molecular dynamics (through the online part and the first report). In addition, we aim to verify the achievement of the learning objectives related to the conscious choice of materials and the understanding of the links existing between structure, microstructure and performance of materials (through the online part and the second relationship).

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