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 consolidare ed ampliare le conoscenze trasversali necessarie per poter identificare il giusto materiale per la realizzazione di un determinato componente che deve, a sua volta, soddisfare a stringenti richieste progettuali, talora contrastanti. Per realizzare efficacemente questo concatenamento di valutazioni, l'insegnamento offrirà gli strumenti per poter comprendere e prevedere il comportamento dei materiali in esercizio, spesso attraverso l’esposizione di casi studio. 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 coniugando anche considerazioni relative al loro processamento.

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, riuscendo ad argomentare le motivazioni alla base della scelta effettuata. Lo studente maturerà competenze che lo aiuteranno ad impostare una corretta interazione con le altre figure professionali, tra cui il progettista in modo che progetto e materiale nascano già pensati l'uno per l'altro. Si vogliono inoltre stimolare l’autonomia di giudizio e di ragionamento, le capacità di comunicazione tecnica e non nonché le competenze trasversali. Quindi al termine dell'insegnamento si chiederà allo studente di: - Conoscere e comprendere, innanzi tutto, la scienza e la tecnologia dei materiali a livello di Laurea Triennale ed acquisire tutti gli approfondimenti relativi che verranno forniti nell'insegnamento - Conoscere i valori numerici di riferimento caratteristici dei più importanti materiali nonché le relative unità di misura. - Conoscere e comprendere i diagrammi di stato ternari - Conoscere e prevedere il comportamento di un materiale in determinate condizioni di esercizio, con particolare attenzione alle sue criticità. - Essere in grado di definire obiettivi, funzioni e indici di merito in relazione all'applicazione prevista identificando le sollecitazioni e i vincoli specifici e sapendo giustificare la scelta di una classe di materiali rispetto ad un’altra. - Sapere applicare in modo trasversale e sinergico le conoscenze acquisite all'ingegneria riuscendo ad interpretare un progetto, a coglierne gli aspetti critici e a selezionare il giusto materiale a fronte di una precisa richiesta progettuale, dialogando in modo tecnico e propositivo con il progettista. - Essere in grado di prendere una decisione progettuale in presenza di esigenze contrastanti, riuscendo a motivarla. - Avere la capacità di esprimersi usando un appropriato linguaggio scientifico e utilizzando una rigorosa concatenazione logica e critica nei ragionamenti basandosi sulle competenze acquisite. - Conoscere la terminologia internazionale di base (inglese).

Ai frequentatori dell'insegnamento viene richiesta una solida cultura scientifica di base, in particolare: Chimica, Fisica, Matematica. Fondamentale la conoscenza delle competenze relativa alla Scienza e Tecnologia dei Materiali (a livello di Laurea Triennale).

Introduzione, articolazione dell’orario, regole dell'insegnamento e linguaggio scientifico. 1 h Comportamento elastico: dalla legge della molla alla legge di Hooke, le curve di Condon-Morse e le proprietà fisiche collegate, modulo di Young e sua influenza su diverse proprietà, significato e limiti fisici del coefficiente di Poisson. Calcolo del modulo di Young effettivo in caso di deformazione contrastata in una o più direzioni. 6h Rapido ripasso e brevi approfondimenti sulla struttura dei solidi cristallini ed esercizi di calcolo. Anisotropia dei materiali mono e policristallini. 3 h Legge di Hooke e Schmid. Difetti reticolari: breve ripasso ed approfondimenti. Peierls-Nabarro. Analisi dei contributi al rafforzamento di un materiale e relativi esercizi. Calcolo dell'energia e delle tensioni associate alle dislocazioni. Modelli dei bordi di grano, legge di Hall-Petch, geminati. Definizione di grana cristallina secondo il sistema internazionale e le norme ASTM, esercizi di calcolo: 10.5 h. Quasi cristalli e nuove definizioni di materiale cristallino. I vetri metallici: produzione, caratteristiche ed applicazioni: 3 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: 1.5 ore La deformazione plastica è sempre indesiderata? E se lo è come possiamo evitarla? Il problema della rigidezza. Individuazione degli indici di merito per sollecitazioni in campo elastico e plastico. Esercizi di calcolo. 14.5 h Frattura e tenacità a frattura, valutazione della KIC, transizioni duttile e fragile e sua correlazione con le simmetrie cristalline. Ampiezza della zona plastica. 4.5 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. Esempi applicativi di progettazione di componenti: 2 h Meccanismi di diffusione (descrizione ed esercizi), effetto Kirkendall e sue ricadute nel settore dei nanomateriali: 3 h Termodinamica delle trasformazioni: primo ordine, secondo ordine, breve approfondimento sulla fusione, decomposizione spinodale: 3 h Come progettare componenti che lavorano in temperatura? Approfondimento sul creep. Definizione e valutazione del tempo di vita: esempi ed esercizi di calcolo. Sfruttare le proprietà termiche per la progettazione di componenti. Esercizi di calcolo: 9 h Diagrammi di stato: Diagrammi di stato ternari, trasformazioni invarianti, curve di reazione e di sottrazione e loro lettura al riscaldamento e al raffreddamento. Esercizi in aula con studenti: 9 h *Introduzione e contestualizzazione delle attività di laboratorio, funzionamento e potenzialità degli strumenti con particolare riferimento al plasma, alla nanotomografia computerizzata, alla caratterizzazione reologica, alla stampa 3D e alla tecnica di elettrospinnatura per la realizzazione di membrane e filtri nanofibrosi: 6 h *Attività di laboratorio legata alla caratterizzazione reologica di materiali con selezione dei materiali da caratterizzare da parte delle diverse squadre di studenti: 2 h *Attività di laboratorio legata all’utilizzo del plasma per le modifiche di superfici: 1h *Attività di laboratorio legata alla biofabbricazione di scaffold: elettrospinnatura e stampa 3D: 3 h *Attività di laboratorio legate alla microtomografia computerizzata e al suo utilizzo nel settore dei materiali con selezione dei materiali da caratterizzare da parte delle diverse squadre di studenti: 2h *Attività di laboratorio legata all’osservazione al microscopio elettronico di superfici di frattura, e materiali vari, mappe composizionali e ricostruzioni della topografia superficiale. 2h Esercitazioni in 3 gruppi da 3 squadre ciascuno per la predisposizione dei contenuti del lavoro collaborativo: 6h Presentazione e discussione del lavoro collaborativo: 2h Ore di tutoraggio con i collaboratori alla didattica per la caratterizzazione eventuale di materiali oggetto del lavoro collaborativo.

L'insegnamento si articola in lezioni frontali ed esercitazioni numeriche svolte in aula sui vari argomenti trattati. Le esercitazioni numeriche verranno proposte preferibilmente in momenti specifici in modo che gli studenti possano riguardare prima la parte teorica di supporto per svolgerli in modo più efficace. In itinere verranno proposti in aula alcuni test su Moodle per facilitare lo studio progressivo ed aumentare la consapevolezza su eventuali argomenti non chiari (nessuna valutazione). L'insegnamento prevede inoltre 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. 2) Microtomografia computerizzata e suo utilizzo nel settore dei materiali. 3) Caratterizzazione nanoparticelle con DLS, produzione di polveri mediante processo spray drying 4) Caratterizzazione reologica di materiali 5) Fabbicazione di scaffold 3D con stampante a estrusione e elettrospinning in modalità direct writing Durante il corso verrò proposta un’ attività di lavoro collaborativo in gruppi relativa alla preparazione ed esposizione di una relazione/presentazione della durata di 40'-45' nella quale gli studenti dovranno: - selezionare un’applicazione di interesse in campo ingegneristico, contestualizzarne l'utilizzo, le proprietà e l'evoluzione storica, - individuare e discutere i relativi indici di merito, - argomentare la scelta dei materiali più idonei -definire i possibili processi produttivi e le relative caratterizzazioni collegandosi alle conoscenze pregresse, ai contenuti delle lezioni e alle esercitazioni svolte in laboratorio. Ove possibile, su richiesta del gruppo di lavoro sarà possibile effettuare una caratterizzazione dei materiali proposti in laboratorio. La valutazione di tale attività contribuirà per 1/3 alla votazione finale dell’esame.

I file Pdf delle slide proiettate a lezione ed utilizzate per le esercitazioni di laboratorio verranno caricati sul portale della didattica. -Michael Ashby, Hugh Shercliff amd David Cebon, Materials Engineering, science, processing and design, Buttherworth-Heinemann -D.R. Askeland The Science and Engineering of Materials, Chapman and Hall

Slides;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Elaborato grafico prodotto in gruppo;

Exam: Written test; Compulsory oral exam; Group graphic design project;

... Breve esame scritto (40', 5 domande) volto all'accertamento delle nozioni di base ritenute indispensabili per l'insegnamento. Si potrà utilizzare solo la calcolatrice. Solo in caso di esito positivo dell'accertamento scritto verrà effettuato un esame orale volto alla valutazione dell’apprendimento di quanto svolto durante l'insegnamento. L'esame potrà prevedere anche lo svolgimento di esercizi analoghi a quelli affrontati durante le esercitazioni numeriche dell'insegnamento e la lettura di un diagramma di stato ternario. La valutazione terrà in considerazione sia le conoscenze apprese che il grado di comprensione delle stesse nonché l'abilità di comunicare e argomentare con il linguaggio tecnico appropriato, esponendo le proprie conoscenze in modo autonomo, sequenziale, critico e trasversale. La votazione finale sarà basata sulla valutazione della attività di presentazione e la relativa discussione svolta durante il corso (10 punti) e sulla prova orale (20 punti).

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.