L'insegnamento si rivolge a tutti coloro che intendono indirizzare le loro pregresse conoscenze di chimica, fisica, scienza e tecnologia dei materiali verso l'ingegneria dei materiali. Questo significa, innanzi tutto, saper selezionare il giusto materiale per un preciso utilizzo per la realizzazione di un determinato componente che deve, a sua volta, soddisfare a stringenti richieste progettuali. Per realizzare questo concatenamento l'insegnamento offrirà gli strumenti per poter valutare e prevedere il comportamento dei materiali in esercizio. Lo studente verrà sensibilizzato a curare la capacità propositiva, in modo da poter partecipare attivamente alla fase di progettazione presentando le possibili alternative che i materiali tradizionali ed innovativi sono in grado di offrire.

L'obiettivo è sviluppare nell'allievo l'abilità di trasformare la materia in un materiale impartendo a questo termine una valenza ingegneristica. Identificare gli aspetti critici di un progetto proponendo il giusto materiale. Interagire a monte col progettista affinché progetto e materiale nascano già pensati un per l'altro. Si vogliono inoltre stimolare l’autonomia di giudizio e le capacità di comunicazione tecnica. Quindi al termine dell'insegnamento si chiederà allo studente di: - Sapersi esprimere usando un appropriato linguaggio scientifico e una rigorosa concatenazione logica e critica nei ragionamenti. - Conoscere, innanzi tutto, la scienza e la tecnologia dei materiali a livello di Laurea Triennale e acquisire tutti gli approfondimenti relativi che verranno forniti nell'insegnamento - Conoscere e prevedere il comportamento di un materiale in determinate condizioni di esercizio, con particolare attenzione alle sue criticità. - Applicare questa conoscenza all'ingegneria: saper interpretare un progetto, saperne cogliere gli aspetti critici, quindi saper selezionare il giusto materiale a fronte di una precisa richiesta progettuale; saper dialogare in modo propositivo con il progettista. -Essere in grado di prendere una decisione progettuale in presenza di esigenze contrastanti, riuscendo a motivarla. -Essere in grado di stimare rapidamente i valori numerici caratteristici dei più importanti materiali relativi alle diverse classi, anche in relazione ai principali casi di riferimento. -Conoscere la terminologia internazionale (inglese).

Ai frequentatori dell'insegnamento viene richiesta una solida cultura scientifica di base, in particolare: Chimica, Fisica, Matematica. Fondamentale la conoscenza della Scienza e Tecnologia dei Materiali che dovrà essere a livello di Laurea Triennale.

Introduzione, articolazione dell’orario, regole dell'insegnamento e linguaggio scientifico. 1.5h Diagrammi di stato: Diagrammi di stato ternari e loro lettura. Esempi di diagrammi ternari in siderurgia. 9h Comportamento elastico: dalla legge della molla alla legge di Hooke, le curve di Condon-Morse e proprietà fisiche collegate, modulo di Young e coefficiente di Poisson. Calcolo del modulo effettivo in caso di deformazione contrastata in una o più direzioni. 6 h Rapido ripasso e approfondimenti sulla struttura dei solidi cristallini ed esercizi di calcolo. Anisotropia. 6h Legge di Hooke e Schmid. Difetti reticolari: approfondimenti. Quasi cristalli. Calcolo dell'energia e delle tensioni associate alle dislocazioni. Definizione di grana cristallina secondo il sistema internazionale e le norme ASTM, esercizi di calcolo. 15 h La visione d’insieme: come procedere alla scelta di un materiale per una specifica applicazione integrando le proprietà richieste, i vincoli imposti dalle tecnologie di fabbricazione e gli obiettivi funzionali, di costo e ambientali? L’approccio di Ashby. 4,5 ore La deformazione plastica è sempre indesiderata? E se lo è come possiamo evitarla? Meccanismo di rafforzamento e relativi esercizi di calcolo. Individuazione degli indici di merito per sollecitazioni in campo elastico e plastico. Esercizi di calcolo. 16 h Frattura e tenacità a frattura, valutazione della KIC, transizioni duttile e fragile e sua correlazione con le simmetrie cristalline.6 h Sollecitazioni a fatica nei materiali: meccanismi e leggi di Coffin, Basquin e Goodman-Miner. Come migliorare la resistenza alla sollecitazione a fatica? Esercizi di calcolo 6 h. Meccanismi di diffusione, effetto Kirkendall e sue ricadute nel settore dei nanomateriali. Termodinamica delle trasformazioni: primo ordine, secondo ordine, approfondimento sulla fusione. Come progettare componenti che lavorano in temperatura? Definizione e valutazione del tempo di vita: esempi ed esercizi di calcolo. Sfruttare le proprietà termiche per la progettazione di componenti.11 h Proprietà elettriche e magnetiche: esercizi applicativi. 9h Attività di laboratorio legate all’osservazione al microscopio elettronico di superfici di frattura, e materiali vari, mappe composizionali e ricostruzioni della topografia superficiale. 2h Attività di laboratorio legata alla sintesi e caratterizzazione di biomateriali organici e inorganici con utilizzo di Spray-Dryer, Cappe a flusso laminare, liofilizzatore, reometro rotazionale, DLS, analisi fisisorbimento gas, SEM e EDS: 4 ore Attività di laboratorio legata alla biofabbricazione di scaffold: elettrospinning e stampa 3D: 2 ore Attività di laboratorio legate alla microtomografia computerizzata e al suo utilizzo nel settore dei materiali. 2h

L'insegnamento si articola in lezioni frontali ed esercitazioni numeriche svolte in aula sui vari argomenti trattati. Verranno inoltre proposte le esperienze di laboratorio di seguito riportate (suddivisione in 9 squadre): 1) Osservazione al microscopio elettronico di superfici di frattura, e materiali vari, mappe composizionali e ricostruzioni della topografia superficiale. 2h 2) Microtomografia computerizzata e suo utilizzo nel settore dei materiali. 2h 3) Sintesi e caratterizzazione di biomateriali organici e inorganici, DLS e potenziale zeta 4) Fabbicazione di scaffold 3D con stampante a estrusione e elettrospinning in modalità direct writing, reologia.

-Michael Ashby, Hugh Shercliff amd David Cebon, Materials Engineering, science, processing and design, Buttherworth-Heinemann -J.C. Anderson, K.D. Leaver, R.D. Rawlings, J.M. Alexander: Materials Science, Van Nostrand Reinhold (UK) -D.R. Askeland The Science and Engineering of Materials, Chapman and Hall -Brisi, Chimica Applicata -Meyers Mechanical Behaviour of materials, Cambridge -I file Pdf delle slide proiettate a lezione verranno caricati sul portale della didattica

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;

La prova scritta consisterà in domande a risposta multipla, vero o falso, domande a risposta breve aperta ed esercizi numerici. La valutazione sarà espressa in trentesimi e la prova scritta verrà superata con un punteggio almeno pari a 18/30. La prova orale completerà la valutazione della prova scritta con una o più domande sugli argomenti trattati nel corso, incluse le esperienze di laboratorio.

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;

La prova scritta consisterà in domande a risposta multipla, vero o falso, domande a risposta breve aperta ed esercizi numerici. La valutazione sarà espressa in trentesimi e la prova scritta verrà superata con un punteggio almeno pari a 18/30. La prova orale completerà la valutazione della prova scritta con una o più domande sugli argomenti trattati nel corso, incluse le esperienze di laboratorio.