scienza dei materiali

Le lezioni in aula sono intese a fornire conoscenze di base della chimica generale ed una prima alfabetizzazione chimica rigorosa agli studenti che si accingono allo studio della disciplina. La parte di esercitazioni prevede l’acquisizione degli elementi di base della stechiometria, cioè degli aspetti numerici dei più semplici concetti chimici e successivamente la risoluzione di problemi più complessi relativi agli equilibri simultanei in soluzione acquosa, equilibri di precipitazione, problemi di termochimica e termodinamica elementare, celle elettrochimiche. Il laboratorio fornisce competenze sperimentali di base in chimica generale e inorganica e capacità di operare in sicurezza in laboratorio. Lo studente acquisirà padronanza nell’esecuzione di reazioni, osservazioni qualitative e misurazioni analitiche, con attenzione al rigore metodologico, alla sicurezza in laboratorio e all’analisi critica dei risultati.

LEZIONI IN AULA: Teoria atomistica – Struttura dell’atomo, numero atomico, numero di massa e isotopi, molecole, ioni, formule chimiche, nomenclatura dei composti. Stechiometria – massa atomica, numero di Avogadro, massa molare di elementi e composti, composizione percentuale e determinazione formula minima, reazioni chimiche e equazioni chimiche, reagenti prodotti e reagente limitante. Reazioni in soluzione acquosa – reazioni di precipitazione, reazioni acido base, reazioni di ossido-riduzione, concentrazione delle soluzioni. I gas – pressione di un gas, leggi dei gas ideali, pressioni parziali, teoria cinetica molecolare, gas reali. Bilanci energetici nelle reazioni chimiche – tipi di energia, variazioni di energia nelle reazioni chimiche, introduzione alla termodinamica, energia interna e entalpia. Struttura elettronica degli atomi – teoria dei quanti, effetto fotoelettrico e corpo nero, atomo di Bohr, meccanica quantistica (cenni), orbitali atomici e numeri quantici, configurazione elettronica. La tavola periodica – il sistema periodico degli elementi, variazioni periodiche delle proprietà fisiche, proprietà chimiche degli elementi dei gruppi ns-np. Il legame chimico – rappresentazione di Lewis, legame ionico, energia reticolare, legame covalente ed elettronegatività, strutture di Lewis e cariche formali, eccezioni alla regola dell’ottetto, entalpia di legame. Geometria molecolare ed orbitali ibridi – teoria VSEPR, momento di dipolo, teoria del legame di valenza, ibridazione degli orbitali atomici, ibridazione in molecole contenenti legami doppi e tripli, teoria deli orbitali molecolari, legame metallico. Forze intermolecolari, liquidi e solidi – teoria della cinetica molecolare nei liquidi e nei solidi, forze intermolecolari, proprietà dei liquidi, struttura cristallina, legami nei solidi, passaggi di stato, diagrammi di stato e distillazione. Proprietà fisiche delle soluzioni – tipi di soluzione, misura della concentrazione, proprietà colligative. Cenni di cinetica chimica. Equilibrio Chimico – concetto di equilibrio, modi di esprimere le costanti di equilibrio, fattori che influenzano l’equilibrio chimico. Acidi e Basi – definizione di Broensted e Lewis, proprietà acido-base dell’acqua, il pH, forza degli acidi e delle basi, acidi e basi forti, acidi e basi deboli acidi e basi coniugati proprietà acido base dei sali, e degli ossidi, soluzioni tampone, titolazioni acido-base, indicatori, equilibri di solubilità, effetto dello ione comune. Termodinamica – I tre principi della termodinamica, processi spontanei, entropia, il secondo principio della termodinamica, energia libera di Gibbs e equilibrio chimico. Reazioni redox ed elettrochimica – reazioni redox e bilanciamento, celle galvaniche, tabella dei potenziali standard, termodinamica delle reazioni redox, equazione di Nernst, pile, corrosione ed elettrolisi. LABORATORIO: 1 - Reazioni acido-base e titolazioni (con indicatore e potenziometrica) 2 - Preparazione e caratterizzazione di soluzioni standard 3 - Reazioni redox e studio delle celle galvaniche (pila Daniell) 4 - Effetti della temperatura e della concentrazione sugli equilibri chimici 5 - Sintesi e cristallizzazione di sali inorganici (allume di potassio) 6 - Ciclo redox del rame 7 - Dissoluzioni endotermiche/esotermiche ed effetti dello ione in comune

Concetto di unità di misura, risoluzione di equazione di primo e secondo grado, sistemi di equazioni, uso di potenze e logaritmi.

Lezioni in aula esercitazioni assistite di laboratorio ed esercitazioni in aula. Attività sperimentale in piccoli gruppi, discussione guidata in laboratorio, relazioni di laboratorio, autovalutazione con test online. Approccio pratico orientato al problem-solving. Si utilizzeranno anche tecniche di caratterizzazione UV-Vis e software per l’analisi dei dati. È prevista l’adozione di didattica integrativa (materiali online, esercizi interattivi, tutorial di supporto) a complemento dell’attività sperimentale. Uso dell’AI: strumenti AI possono essere utilizzati solo per il supporto alla redazione delle relazioni, sotto supervisione. Oltre a rivolgersi al/la docente del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

L'acquisizione dei contenuti delle esperienze di laboratorio viene valutata sulla base di relazioni scritte compilate rispettando una griglia predeterminata di quesiti. Saranno considerati come criteri di valutazione la correttezza, la completezza, la concisione e la proprietà di espressione nella stesura delle relazioni. La correttezza dei risultati numerici, l'esplicitazione dei procedimenti attuati per ottenerli, la coerenza interna tra risultati logicamente interdipendenti e il rigore nell'utilizzo corretto delle unità di misura associate alle grandezze fisiche utilizzate costituiscono elementi di valutazione della prova scritta. Il superamento di questa dà accesso all'esame orale, dove vengono valutate le competenze acquisite dallo studente nella parte teorica del corso. Criteri di valutazione della prova orale sono il rigore quantitativo nelle dimostrazioni, il grado di approfondimento degli argomenti, la capacità di istituire nessi tra aspetti diversi di un fenomeno chimico.

Raymond Chang, Jason Overby "Fondamenti di Chimica Generale" Terza edizione Mc Graw Hill 2020 ISBN 978-88-386-9629-9

L’ingegnerizzazione, detta anche funzionalizzazione o ricoprimento, di una superfice viene utilizzata per modificare le proprietà dei materiali quali, ad esempio, quelle meccaniche, ottiche o elettriche. Durante il corso saranno affrontati diversi metodi di ingegnerizzazione delle superfici. La prima parte sarà principalmente dedicata alle tecniche di natura fisica, quali Physical Vapor Deposition (PVD), sputtering, arco catodico e affini, ampiamente utilizzati, anche in ambito industriale, per la modifica di proprietà meccaniche ed elettriche. Le lezioni d’aula saranno integrate con attività di laboratorio presso i Laboratori Nazionali di Legnaro riguardanti le tecniche di vuoto e la deposizione di un film sottile mediante tecniche PVD e relativa misura angolo di contatto. Nella seconda parte, saranno introdotte le principali tecniche di funzionalizzazione che si basano su processi chimici quali Chemical Vapor Deposition (CVD) e self-assembled monolayers (SAMs), nonché di microfabbricazione (foto e soft-litografia), che permettono anche di modificare la bagnabilità dei materiali per ottenere, per esempio, superfici superidrofobiche o superidrofile. A completamento di questa parte, sono previste delle esercitazioni d’aula e una visita alla strumentazione disponibile presso il dipartimento di Fisica e Astronomia per una dimostrazione diretta delle tecniche introdotte a lezione che hanno ricadute in settori quali quello tessile, farmaceutico e nel settore automobilistico.

Tecniche fisiche di ingegnerizzazione di superfici: - Introduzione ai film sottili e Physical Vapor Deposition (PVD) - Cenni sulla nucleazione e trattazione dei diagrammi a Zone caratteristici dei film sottili - Evaporazione, Ion Beam Sputtering - Ingegnerizzazione delle proprietà ottiche delle superfici: riflessione, assorbimento, antiriflesso - Diodo Sputtering, Magnetron sputtering, - Ingegnerizzazione delle proprietà elettriche delle superfici: superconduttori (Nb), semiconduttori (Si) - PVD reattivo curva di isteresi descritta dal modello di Berg - Ingegnerizzazione delle proprietà tribologiche delle superfici: durezza e tasso di usura - Arco Catodico, High-power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) - Esercitazioni d’aula propedeutiche all’attività di laboratorio Introduzione al vuoto - regimi di vuoto e cammino libero medio: - Curva del pompaggio con i vari contributi dovuti ad outgassing, diffusione e permeazione dei gas nei materiali - Principali sistemi di pompaggio e misura del vuoto Attività di laboratorio presso i Laboratori Nazionali di Legnaro (1 giornata intera che può essere fatta a fine corso per unire le due tematiche): - Realizzazione di un sistema da vuoto con visita laboratorio PVD e acceleratori - Deposizione di un film sottile (su cui si misura la bagnabilità) Tecniche chimiche e di microfabbricazione per l’ingegnerizzazione di superfici: - Chemical Vapor Deposition (CVD), Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) - Atomic layer deposition (ALD) - Self-assembled monolayers (SAMs) - Microcontact printing - Fotolitografia e soft-litografia - Bagnabilità di una superficie, leggi di Young, di Wenzel e di Cassie-Baxter, tensione superficiale. - Superfici intelligenti: superidrofobe, liquid-infused surfaces, anisotrope Dimostrazioni d’aula: - Funzionalizzazione di superfici e caratterizzazione dell’angolo di contatto - Misure angolo di contatto, isteresi dell’angolo di contatto, angolo di scivolamento di superfici diverse (idrofobe, idrofile, superidrofobe, LIS), misura di tensione superficiale. - Visita alla strumentazione per fotolitografia, soft-litografia, micro-fresatura, stampa 3D presente al Dipartimento di Fisica e Astronomia (UNIPD).

Il corso prevede conoscenze di Fisica I e Fisica II, Chimica Inorganica e Chimica Organica.

Lezioni frontali dove, su supporto informatico (file powerpoint) e spiegazioni alla lavagna, vengono affrontati i contenuti del corso. Esercitazioni in laboratorio in cui verranno utilizzate le principali attrezzature per la produzione e la misura del vuoto. Esercitazioni d'aula che prevedono l'utilizzo di tecniche di caratterizzazione di bagnabilità.

La valutazione della preparazione dello studente si baserà sulla comprensione degli argomenti svolti, sull'acquisizione dei concetti e delle metodologie proposte e sulla capacità di applicarli in modo autonomo

Slide fornite dal docente e referenze presenti sul materiale fornito dal docente a lezione

Il corso è finalizzato i) all'acquisizione delle conoscenze di base della Meccanica con formalismo

differenziale, e al ii) raggiungimento della capacità di risolvere quantitativamente esercizi numerici di

meccanica dei corpi rigidi e fluidi.

Più in dettaglio, gli obiettivi (suddivisi in primari e secondari) possono essere raggruppati seguendo lo

schema del programma del corso:

1) Grandezze fisiche e unità di misura (obiettivo primario): la fisica come scienza sperimentale.

2) Vettori (obiettivo secondario, si presume venga trattato nei corsi di matematica).

3) Cinematica del punto (obiettivo primario): introduzione alla rappresentazione matematica dei fenomeni

fisici.

4) Dinamica del punto (obiettivo primario): la legge fisica come modello di interpretazione rigorosa delle

evidenze sperimentali. Consente di discutere su casi semplici il confronto fra previsione del modello e

l’esperimento (p.es. il ruolo degli attriti).

5) Forze, lavoro ed energia (obiettivo primario): introduzione a concetti di importanza generale,

dimostrazione di come il loro utilizzo consenta eleganti interpretazioni della realtà fisica, e discussione di

come questi concetti siano alla base dello sviluppo di tecnologie energicamente sostenibili.

6) Momenti angolari (obiettivo primario): si introducono i gradi di libertà rotazionali.

7) Moti relativi (obiettivo primario): discussione dell'invarianza della legge fisica rispetto al cambiamento di

sistema di riferimento.

8) Dinamica dei sistemi di punti materiali (obiettivo primario): la complessità del moto di sistemi

arbitrariamente complessi e dimostrazione di come l’applicazione delle leggi fisiche consenta di derivare

previsioni semplici sul moto complessivo del sistema.

9) Gravitazione (obiettivo primario): oltre all'evidente importanza culturale, questo argomento è la prima

occasione per applicare concetti quali quelli di campo di forze centrali e di forze conservative.

10) Dinamica del corpo rigido (obiettivo primario): uno degli argomenti nei quali è più varia l’applicazione

delle leggi della meccanica. Terreno di prova fondamentale per abituare gli studenti ad applicare le leggi

generali a problemi concreti.

11) Urti (obiettivo primario): la soluzione del problema dell’urto è preliminare a qualsiasi trattazione dei

processi di scattering ed è uno dei campi nei quali le leggi di conservazione mostrano tutta la loro potenza.

12) Meccanica dei fluidi (obiettivo primario): è forse l’unica occasione nella quale gli studenti (a parte corsi

specialistici) affrontano la statica e la dinamica dei fluidi. L’argomento è inoltre estremamente adatto alla

dimostrazione di come si costruisca un modello fisico di sistemi complessi.

13) Oscillazioni e onde (obiettivo primario): preliminare a molti argomenti di elettromagnetismo e dei corsi

di fisica e di chimica-fisica degli anni successivi.

14) Esperienze di laboratorio (obiettivo primario): introduzione pratica alla metodologia dell’attività

sperimentale.

Buona conoscenza della matematica del primo semestre (formalismo differenziale, studi di funzione, algebra

lineare, trigonometria).

Non è richiesta alcuna conoscenza di Fisica o Chimica

La valutazione della preparazione dello studente si baserà sulla comprensione degli argomenti svolti, sull'acquisizione dei concetti e delle metodologie proposte e sulla capacità di applicarle in modo autonomo e consapevole. Più in particolare si valuterà molto positivamente la capacità di orientarsi tra i vari argomenti mettendoli in relazione tra loro, e la capacità di ricavare i risultati più importanti in modo non mnemonico.

Titolo: Elementi di fisica meccanica e termodinamica, Autori: Mazzoldi, Paolo; V oci, Cesare; Nigro, Massimo; Mazzoldi,Paolo, Luogo: Napoli, Anno: 2021, Editore: Edises, Note: --. Titolo: Introduzione all'analisi degli errori lo studio delle incertezze nelle misure fisiche, Autori: Taylor, John R.; Taylor,John R., Luogo: Bologna, Anno: 2023, Editore: Zanichelli, Note: --.

L'insegnamento introduce gli studenti all'utilizzo di strumenti di calcolo scientifico per affrontare problemi numerici tipici dell’attività di laboratorio e delle scienze dei materiali. Il corso sviluppa competenze di programmazione di base, modellizzazione matematica e calcolo numerico, favorendo l'autonomia nella progettazione e nell'implementazione di semplici procedure computazionali.

Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di:

• utilizzare in modo autonomo l'ambiente MATLAB per sviluppare semplici applicazioni di calcolo scientifico;
• utilizzare array, matrici e funzioni elementari per svolgere semplici operazioni;
• importare ed esportare dati numerici;
• sviluppare semplici script e funzioni;
• applicare metodi numerici alla soluzione di problemi scientifici;
• rappresentare graficamente risultati numerici;
• interpretare criticamente i risultati ottenuti;
• scegliere la metodologia numerica più appropriata per problemi semplici;
• documentare e discutere le soluzioni sviluppate.

Dai modelli matematici alla soluzione numerica: formulazione del problema, progettazione dell'algoritmo e implementazione della soluzione.Organizzazione della sessione di lavoro e introduzione all'ambiente MATLAB. Array e matrici.Importazione ed esportazione dati. Manipolazione dei dati. Operatori relazionali e logici. Funzioni elementari. Elementi di programmazione. Istruzioni condizionali. Cicli for e while. Creazione di script. Debugging. Funzioni definite dall'utente. Visualizzazione grafica di funzioni di una e più variabili.

Applicazioni:

• ricerca degli zeri di funzioni non lineari;
• massimi e minimi;
• sistemi lineari;
• numeri casuali;
• interpolazione;
• regressione;
• derivate numeriche;
• integrali numerici;
• serie e trasformata di Fourier;
• equazioni differenziali.

Conoscenze di base della matematica acquisite durante il primo semestre.

Lezioni frontali. Esercitazioni pratiche al calcolatore. Risoluzione guidata di problemi numerici. Sviluppo di progetti individuali o di gruppo.

La valutazione considera:

• conoscenza dei concetti teorici;
• correttezza dell'impostazione numerica di problemi posti in linguaggio naturale;
• capacità di sviluppare semplici codici funzionanti;
• chiarezza, correttezza e organizzazione del codice prodotto;
• autonomia nella risoluzione dei problemi.

Titolo: Calcolo scientifico esercizi e problemi risolti con MATLAB e Octave, Autori: Quarteroni, Alfio; Saleri, Fausto; Gervasio, Paola; Quarteroni,Alfio, Luogo: Milano, Anno: 2017, Editore: Springer, Note: --.

Tutti i Corsi di Laurea di Scienze richiedono una conoscenza della Lingua inglese pari al livello B2 (abilità ricettive ascolto e lettura) del Quadro Comune Europeo di Riferimento per le Lingue del Consiglio d'Europa. Chi è già in possesso di una certificazione di livello B2 o superiore può chiederne il riconoscimento. Tutti gli altri studenti possono sostenere presso il Centro Linguistico di Ateneo il corrispondente Test di Abilità Linguistica (TAL), il cui superamento permette il riconoscimento dei crediti formativi per la lingua straniera. Tutte le informazioni sull'idoneità, sul test di lingua e sulle certificazioni riconosciute, sono disponibili all'indirizzo http://www.scienze.unipd.it/index.php?id=inglese_triennali Obiettivi formativi : Accertamento della conoscenza dell'inglese scientifico, con capacità di comprendere testi scientifici scritti e parlati. In particolare, si richiede agli studenti di essere in grado di comprendere testi scientifici scritti o parlati ad un livello almeno pari al livello B2 del Consiglio d'Europa. Metodi didattici : Esercitazioni con Collaboratori ed Esperti Linguistici. Studio individuale. Contenuto dell'attività formativa : Esercitazioni di comprensione di testi scientifici abbinate ad uno studio degli aspetti più importanti della grammatica inglese, organizzate dalla Facoltà e coadiuvate da Collaboratori ed Esperti Linguistici. Struttura della verifica di profitto : Informatica Descrizione verifica profitto : All'inizio del periodo didattico in cui l'insegnamento è inserito, tutti gli studenti dovranno sostenere un test via computer. A chi ottiene un piazzamento pari o superiore al livello B2 del Consiglio d'Europa vengono riconosciuti i CFU relativi. Per quegli studenti che possiedono dei certificati equipollenti, come il P.E.T. e i Trinity Examinations è sufficiente presentare il certificato in originale per ottenere i CFU. Ausili didattici : I materiali del corso sono raccolti in una dispensa e sono disponibili online. Altri dettagli aggiornati sono disponibili a questo indirizzo: http://www.chimica.unipd.it/vincenzo.amendola/pubblica/inglese.htm

Apprendere le nozioni fondamentali del calcolo differenziale e integrale in piu' variabili e le loro applicazioni in fisica.

Sistemi lineari. Teoremi di Cramer e di Rouché-Capelli. Autovettori e autovalori. Diagonalizzazione di matrici.

Sistemi ortogonali di funzioni. Serie di Fourier. Calcolo di coefficenti di Fourier.

Funzioni di più variabili. Derivazioni parziali e derivazioni di funzioni composte. Superfici quadriche.

Integrali doppi. Formule di iterazione. Integrali doppi in coordinate polari. Volumi di solidi. Integrali tripli. Formule di iterazione. Integrali tripli in coordinate cilindriche e sferiche. Applicazioni degli integrali doppi e tripli al calcolo di masse, baricentri, momenti d’inerzia di regioni bidimensionali e tridimensionali.

Funzioni vettoriali di una variabile: curve parametriche, lunghezza di archi di curve. Integrali di linea. Campi vettoriali: campi gravitazionali, campo magnetico, campi di velocità, linee di campo. Campi conservativi, curve e superfici equipotenziali. Lavoro di un campo lungo un percorso. Indipendenza dal percorso per campi conservativi. Calcolo di potenziali. Forme differenziali chiuse ed esatte.

Superfici parametriche, integrali superficiali, calcolo di aree di superfici. Campo vettoriale unitario perpendicolare a superfici. Superfici orientabili. Calcolo differenziale vettoriale: flusso di un campo vettoriale attraverso una superficie. Divergenza di un campo e teorema della divergenza. Applicazioni del teorema della divergenza al calcolo di flussi di campi vettoriali. Teorema della divergenza bidimensionale e teorema di Green nel piano. Applicazioni del teorema di Green al calcolo di aree e integrali di linea di forme differenziali. Rotore di un campo e teorema di Stokes. Applicazioni del teorema di Stokes.

Lezioni frontali in aula con numerose esercitazioni alla lavagna/tablet. Prove parziali in itinere per valutare il progressivo apprendimento. Tutorato.

Oltre a rivolgersi al/la docente del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

Valutazione della comprensione dei concetti introdotti nel corso e dell'abilita' di applicazione degli strumenti di calcolo.

Robert Adams, Calcolo Dfferenziale 2, Ambrosiana, 2007.

Francesco Bottacin, Algebra Lineare e Geometria. Esculapio, 2016.

Al termine del corso si richiede che lo studente abbia acquisito una buona conoscenza del calcolo differenziale per le funzioni di una o più variabili reali, del calcolo integrale per le funzioni di una variabile reale e abbia acquisito una buona familiarità con le nozioni di spazio vettoriale, funzione lineare, matrici e loro proprietà, prodotti scalari. Si richiede che lo studente sia in grado di applicare tali risultati alla risoluzione di problemi concreti di analisi matematica, di algebra lineare e di semplici problemi di geometria analitica che riguardano le rette e i piani in uno spazio affine.

Parte del programma relativa ai contenuti di analisi matematica.

Nozioni di base: teoria elementare degli insiemi, i numeri interi, i numeri razionali, l'insieme dei numeri reali, equazioni e disequazioni, max e min, sup e inf, elementi di trigonometria, esponenziali e logaritmi. L'insieme dei numeri complessi, rappresentazione trigonometrica dei numeri complessi.

Sommatorie. Fattoriali. Coefficienti binomiali. Formula del binomio di Newton.

Successioni. Limiti di successioni.

Funzioni di variabile reale: dominio, immagine, grafico, funzioni iniettive e suriettive, composizione di funzioni, funzioni inverse. Limiti di funzioni e loro proprietà.

Funzioni continue, teorema degli zeri e di Weierstrass.

Derivazione di funzioni: retta tangente al grafico di una funzione, crescenza e descrescenza. Teoremi fondamentali del calcolo differenziale. Massimi e minimi relativi e assoluti. Derivate successive e convessità.

Formula di Taylor. Funzioni trigonometriche, esponenziali e logaritmiche. Studio di una funzione.

Serie: nozioni generali. Serie geometrica, serie armonica, serie telescopiche. Serie a termini non negativi. Criteri di convergenza. Convergenza per serie a termini di segno alterno. Serie di potenze nel campo complesso, raggio di convergenza. L'esponenziale complesso, la formula di Eulero.

Integrali definiti e indefiniti. L'integrale di Riemann, calcolo delle primitive e tecniche di integrazione. Area di regioni limitate del piano. V olumi di solidi di rotazione. Lunghezze di grafici di funzione. Integrali generalizzati.

Equazioni differenziali, problema di Cauchy. Equazioni differenziali del primo ordine lineari e a variabili separabili. Modelli descritti da equazioni differenziali lineari del primo ordine. Equazioni differenziali del secondo ordine lineari a coefficienti costanti.

Funzioni di più variabili reali. Limiti. Continuità. Derivate parziali e derivate direzionali, gradiente, curve di livello. Differenziabilità. Spazio tangente al grafico di una funzione. Punti critici e punti di estremo locale. Derivate successive. Teorema di Schwarz. Formula di Taylor in più variabili. Matrice Hessiana. Studio dei punti di massimo o minimo locale e dei punti di sella.

Parte del programma relativa ai contenuti di geometria e algebra lineare.

Vettori e geometria analitica dello spazio tridimensionale. Vettori nel piano e nello spazio. Prodotto scalare, prodotto vettore, prodotto misto e loro interpretazione geometrica. Equazioni parametriche e cartesiane di rette e piani nello spazio tridimensionale. Angoli e distanze.

Elementi di algebra lineare. Spazi vettoriali. Dipendenza lineare. Basi di uno spazio vettoriale. Funzioni lineari e matrici. Operazioni tra matrici. Determinanti. Sistemi lineari. Teoremi di Cramer e di Rouché-Capelli. Autovettori e autovalori. Diagonalizzazione.

Conoscenze elementari di Matematica (sufficiente una buona preparazione delle scuole superiori).

Le attività didattiche prevedono ore di lezioni frontali in aula.

Le lezioni vengono effettuate mediante l'utilizzo della lavagna e/o di un tablet pc collegato a un videoproiettore.

Gli appunti delle lezioni (in formato pdf) vengono caricati sulla piattaforma Moodle e resi disponibili agli studenti al termine delle lezioni.

Un ulteriore supporto allo studio individuale è dato dalla presenza, in un apposito canale YouTube (https://www.youtube.com/channel/UCpJGeVBfmf-6S3neeImAw1w ) di videolezioni su argomenti di algebra lineare.

Oltre a rivolgersi al/la docente del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

L'uso di strumenti di intelligenza artificiale è consentito come oggetto di studio o strumento didattico, valutando sempre l'informazione data con spirito critico e capacità di ragionamento

I criteri di valutazione con cui verrà effettuata la verifica delle conoscenze e delle abilità acquisite sono:

1. Completezza delle conoscenze acquisite

2. Capacità di applicare le conoscenze acquisite alla risoluzione di problemi concreti

Calcolo infinitesimale e algebra lineare, Autori: Bramanti-Pagani-Salsa, Zanichelli,

Esercizi di algebra lineare e geometria, Autore: Bottacin, Francesco, Esculapio

Il corso fornisce conoscenze avanzate sui materiali inorganici funzionali per applicazioni energetiche sostenibili, con particolare attenzione alle tecnologie emergenti per la transizione energetica e la decarbonizzazione.

Al termine del corso lo studente sarà in grado di:

• comprendere il ruolo dei materiali nei sistemi di conversione e accumulo di energia
• correlare struttura, proprietà e prestazioni dei materiali
• conoscere strategie per la valorizzazione della CO₂
• valutare criticamente tecnologie per energia sostenibile

1. Celle a combustibile

• Principi generali
• Tipologie: PEMFC, AFC, MCFC, SOFC
• Applicazioni e limiti

2. Celle a combustibile ad ossido solido (SOFC)

• Struttura e funzionamento
• Materiali per:
• anodi
• catodi
• elettroliti
• Prestazioni e criticità

3. Conducibilità negli ossidi

• Conducibilità ionica ed elettronica
• Difetti cristallini
• Strategie di miglioramento:
• doping
• ingegneria dei materiali

4. Preparazione di materiali ossidici avanzati

• Metodi di sintesi:
• stato solido
• sol-gel
• co-precipitazione
• Ossidi policationici

5. Perovskiti ossidiche

• Struttura ABX₃
• Stabilità e difetti
• Applicazioni energetiche e catalitiche

6. Solid Oxide Electrolysers (SOEC)

• Principi di funzionamento
• Produzione di idrogeno
• Materiali e prestazioni

7. Materiali per elettrodi ed elettroliti

• Anodi: proprietà e materiali funzionali
• Catodi: catalisi e reattività
• Elettroliti solidi

8. Valorizzazione e riuso della CO₂

• CO₂ come risorsa chimica
• Processi elettrochimici e catalitici per la conversione:
• riduzione della CO₂ (CO₂RR)
• produzione di CO, metanolo, idrocarburi
• Ruolo dei materiali inorganici:
• ossidi catalitici
• perovskiti
• elettrocatalizzatori
• Integrazione con SOEC (co-elettrolisi H₂O/CO₂ → syngas)
• Impatto sulla sostenibilità e sul ciclo del carbonio

9. Materiali intercalati

• Meccanismi di intercalazione
• Proprietà strutturali
• Applicazioni elettrochimiche

10. Batterie al litio

• Principi di funzionamento
• Materiali per catodi e anodi
• Aspetti di sicurezza e sostenibilità

11. Materiali funzionali avanzatiVetri elettrocromici e smart windows

• Principi di elettrocromismo
• Materiali e applicazioni per efficienza energetica

 12. Metal-Organic Frameworks (MOF): fondamenti, porosità e sintesi

·        Chimica reticolare ed evoluzione storica dei MOF

·        Concetti di porosità e adsorbimento: classificazione dei pori, isoterme e superficie specifica

·        Progettazione strutturale: linker organici, SBU metalliche e topologia

·        Strategie di sintesi, stabilità e attivazione

13. MOF per applicazioni sostenibili

·        Relazione struttura-topologia-proprietà: connettività di SBU e linker

·        Stoccaggio di idrogeno: influenza dell’area area superficiale e siti metallici aperti

·        Cattura della CO₂: siti attivi e funzionalizzazione con ammine

MOF per la cattura e il rilascio di acqua dall’umidità atmosferica

Chimica generale e inorganica

Il corso adotta metodologie in linea con le linee guida ANVUR:

• Lezioni frontali con integrazione di casi applicativi
• Problem-Based Learning su sistemi energetici reali
• Analisi di articoli scientifici recenti
• Utilizzo di strumenti digitali e simulazioni
• Eventuali seminari su tecnologie emergenti (idrogeno, CCU – Carbon Capture and Utilization)

Saranno valutati:

• conoscenza dei materiali e dei processi
• comprensione delle relazioni struttura–proprietà
• capacità di applicazione a sistemi energetici sostenibili
• capacità di analisi critica
• chiarezza espositiva

Articoli scientifici suggeriti dal docente e riportati nelle slides di lezione

L'insegnamento ha lo scopo di fare recuperare le conoscenze di matematica agli/alle studenti/esse ai/alle quali nel test di ingresso è stato assegnato l'OFA (Obbligo Formativo Addizionale) in matematica. Per superare questo insegnamento si deve frequentare il corso MooC "Matematica di Base - Recupero OFA" sulla piattaforma Federica entrando con le credenziali istituzionali ([email protected]).

La prova finale consiste nella predisposizione di una presentazione su un argomento in accordo con il Regolamento per la prova finale del Corso di Studio. La relazione viene presentata e discussa dal candidato alla presenza di una Commissione appositamente nominata che esprime un giudizio di merito attribuendo un adeguato punteggio.

L'insegnamento intende formare lo studente sia in modo generale che dettagliato sulle norme e prassi legate alla sicurezza da rispettare quando si lavora nei laboratori didattici e di ricerca in ambito chimico e biochimico.

Il corso verte sulla formazione specifica relativa ai rischi nei laboratori chimici e biochimici e sulle buone pratiche da adottare.

Le lezioni affrontano le seguenti tematiche:

-Buone prassi di laboratorio (GLP - Good laboratory practice). Dispositivi di protezione individuale (DPI). Dispositivi per la sicurezza nei laboratori.

- Rischi in generale. Primo soccorso e primi interventi

- Tossicità delle sostanze

- Etichettatura delle sostanze e schede di sicurezza

- Spandimenti accidentali e liquidi criogenici

- Infiammabili. Rischio Incendio. Procedure di esodo; Gas tossici

- Rifiuti chimici

- Rischio elettrico

- Rischi da campi magnetici

- Rischi da radiazioni elettromagnetiche

- Rischi da radiazioni ottiche artificiali

- Analisi di incidenti realmente avvenuti in impianti chimici.

Non sono richiesti prerequisiti.

Per lo studente l’insegnamento è formato da

due corsi online e da 4 ore erogate in presenza dal docente del corso.

I due corsi online sono forniti nell’area intranet di Sicurezza dell’Università di Padova e sono :

- “FORMAZIONE GENERALE dei lavoratori per la salute e la sicurezza nei luoghi di lavoro (4 ore)”

necessario per tutti coloro che si configurano come "lavoratori" secondo la definizione data

all'art. 2 del D.Lgs 81/08 e, quindi, anche per gli studenti che dovranno accedere ai laboratori

didattici come previsto dal proprio piano di studi.

- “FORMAZIONE SPECIFICA in materia di tutela della salute e della sicurezza dei lavoratori

impiegati nelle attività di laboratorio - "Classe di rischio alto" (12 ore)

Entrambi i corsi online forniscono un attestato dopo il superamento di test finali.

• Le ore in presenza (4 ore) riguardano tematiche specifiche del rischio chimico, approfondendo e

integrando concetti sviluppati nei due corsi online.

Oltre a rivolgersi alla docente del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

I criteri di valutazione con cui viene effettuata la verifica delle conoscenze e delle abilità acquisite sono:

- completezza delle conoscenze acquisite;

- capacità di descrivere analiticamente gli elementi che compongono un laboratorio in sicurezza e le modalità di attività di un lavoratore in un laboratorio chimico e biochimico;

- proprietà nella terminologia tecnica da usare sia in forma scritta che orale, come anche tramite simboli e sigle;

- capacità di coerenza con cui dalla situazione di rischio si interpreta come agire e usare i dispositivi tecnici a disposizione;

- abilità di applicare le conoscenze apprese a situazioni reali legate alla sicurezza di un laboratorio chimico e biochimico.

Copia digitale delle diapositive presentate a lezione è resa disponibile sulla piattaforma Moodle/e-learning.

Scopo di questo corso è l’introduzione al metodo scientifico attraverso la verifica in laboratorio di alcuni fenomeni elettrici ed ottici. Una parte delle ore di laboratorio sarà dedicata alla discussione comune su come si misura una grandezza e su come la si interpreta. Si introdurranno e si applicheranno quindi gli aspetti più importanti della Teoria della Misura e degli Errori. Particolare attenzione sarà inoltre dedicata alla presentazione dei dati e a come si redige una relazione scientifica. Al termine dell'insegnamento, le studentesse e gli studenti conosceranno i concetti base della Teoria degli Errori e saranno in grado di applicare i metodi statistici appresi per analizzare i dati sperimentali. Svilupperanno inoltre la capacità di valutare criticamente le diverse fasi di un esperimento, stimando la natura e l'entità degli errori che intervengono durante il processo di misura. Infine le studentesse e gli studenti saranno in grado di presentare efficacemente i risultati delle loro misure sia oralmente che in forma scritta, e acquisiranno un metodo di lavoro in laboratorio e di analisi dei dati che gli permetteranno di sviluppare autonomamente nuove procedure sperimentali.

Le esercitazioni di laboratorio riguardano i seguenti argomenti:

• esperimenti di ottica geometrica con banco ottico: misura della distanza focale e delle aberrazioni di una lente convergente, produzione di un fascio di luce collimato;
• misura delle caratteristiche e del comportamento di componenti e circuiti elettrici semplici in corrente continua;
• carica e scarica di un condensatore;
• oscillazioni smorzate in un circuito RLC.

Verrà valutata la capacità di svolgere e analizzare criticamente un’esperienza di laboratorio in tutti i suoi aspetti, dalla presa dati alla loro presentazione, e la conoscenza dei concetti di teoria degli errori appresi durante il corso.

• Titolo: Introduzione all’analisi degli errori, Autori: R. Taylor, Editore: Zanichelli

Il corso si pone l'obiettivo di applicare i metodi della fisica classica e sopratutto di quella quantistica alla descrizione delle principali proprietà strutturali, elettriche, termiche ed ottiche dei materiali solidi, ponendo le basi per lo studio di specifiche classi di materiali impiegati in dispositivi ad alta tecnologia.

• La struttura cristallina dei solidi: il reticolo diretto e il reticolo reciproco. - Diffrazione delle onde da parte di un cristallo. - Elementi di dinamica reticolare: la teoria classica del cristallo armonico; il calore specifico ad alte temperature: la legge di Dulong-Petit; i modi normali di una catena lineare monoatomica e biatomica; teoria quantistica elementare del cristallo armonico: i fononi; la distribuzione di fononi all'equilibrio termico; il concetto di densità degli stati; i modelli di Einstein e di Debye per il calore specifico dei solidi monoatomici. - La conducibilita' termica negli isolanti. - Il gas di elettroni: La sfera di Fermi; energia totale e pressione di un gas di elettroni a T = 0 K; la capacita' termica di un gas di elettroni. - La conducibilita' elettrica dei metalli nel modello di Drude; la conducibilita' termica dei metalli; la legge di Wiedemann-Franz; l'effetto Hall nei metalli: inadeguatezza del modello di Drude; l'interazione elettrone-elettrone: effetti di schermo e principio di Pauli; la funzione dielettrica del gas di elettroni; Proprietà ottiche del gas di elettroni: plasmoni. - Stati elettronici in un potenziale periodico: il teorema di Bloch; l'approssimazione di elettrone quasi-libero; il modello a elettroni fortemente legati; numero di stati elettronici possibili in una banda: metalli, semimetalli/semiconduttori ed isolanti; la massa efficace; le "buche" e loro proprieta'. - Proprieta' di trasporto nei solidi: l'equazione di Boltzmann; la conducibilita' elettrica nei metalli; fenomeni termoelettrici. - Semiconduttori: concentrazione di elettroni e buche nei semiconduttori intrinseci; livelli di impurezza; eccitoni.

Fisica Generale 1 e 2 (dinamica del punto, oscillazioni, equazioni di Maxwell), Fisica Quantistica (operatori quantistici, autovalori e autovettori), Struttura dei Solidi (gruppi spaziali e puntuali, diffrazione da cristallo)

Le attività di apprendimento e i metodi di insegnamento prevedono lezioni frontali alla lavagna con l'ausilio di presentazioni digitali addizionali, grafici e di simulazioni numeriche per una migliore comprensione dei contenuti. Tutto il materiale didattico è caricato sulla pagina Moodle del corso. Oltre a rivolgersi al docente del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

La valutazione della preparazione si baserà sulla comprensione e sull'esposizione approfondita degli argomenti proposti e sulla capacità di fare collegamenti fra diversi argomenti.

• Titolo: Introduzione alla fisica dello stato solido, Autori: Kittel, Charles, Luogo: --, Anno: 2008, Editore: CEA Edizioni, Note: --.
• Titolo: Solid state physics, Autori: Ashcroft, Neil W. ; Mermin, N. David, Luogo: --, Anno: 1976, Editore: Saunders college, Note: --.
• Titolo: Solid state physics an introduction to principles of materials science, Autori: Ibach, Harald; Lüth, Hans; Ibach,Harald, Luogo: Berlin, Anno: 2009, Editore: Springer, Note: --.

Al termine del corso, studentesse e studenti avranno acquisito:

Conoscenza e capacità di comprensione

Conoscenza di alcune realtà aziendali del territorio e comprensione delle principali dinamiche del mondo del lavoro legate alla Scienza dei Materiali.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Capacità di collegare il proprio percorso formativo a possibili sbocchi professionali e di utilizzare strumenti e piattaforme per la ricerca attiva del lavoro.

Autonomia di giudizio

Capacità di valutare criticamente le proprie competenze, aspirazioni e opportunità formative e professionali.

Abilità comunicative

Capacità di presentare in modo efficace il proprio profilo personale, formativo e professionale in contesti di orientamento e inserimento lavorativo.

Capacità di apprendimento

Capacità di aggiornarsi autonomamente sulle opportunità professionali e formative, anche attraverso l’uso critico di strumenti digitali e di intelligenza artificiale.

Il corso prevede un ciclo di seminari con rappresentanti dell’industria e del tessuto produttivo locale, finalizzati a presentare realtà aziendali, profili professionali, competenze richieste e possibili sbocchi occupazionali per laureate e laureati in Scienza dei Materiali. Sono inoltre previste attività di orientamento all’uso di piattaforme per la ricerca attiva del lavoro e alla preparazione di strumenti di candidatura, con particolare attenzione alla redazione e presentazione del curriculum vitae. Il percorso è completato da visite in azienda, volte a favorire una conoscenza diretta dei contesti produttivi e professionali del territorio.

Frequenza ai seminari e visita aziendale esito positivo della scrittura del cv e della realizzazione di un profilo per la reputazione digitale e il mantenimento di relazioni con il mondo della Scienza dei Materiali in piattaforme per la ricerca del lavoro

Materiale di approfondimento:

Europass, per la creazione e gestione del curriculum vitae, disponibile all’indirizzo https://europass.europa.eu/it/create-europass-cv;

AlmaLaurea, con il manuale per studenti e laureati e le indicazioni per la compilazione del curriculum vitae, disponibile all’indirizzo https://www.almalaurea.it/info/aiuto/lau/manuale;

Career Service dell’Università di Padova e il portale Università Aperta, disponibili agli indirizzi https://www.universitaperta-unipd.it/career-service e https://www.universitaperta-unipd.it/;

“LinkedIn Profile Checklist” di Stanford Career Education, disponibile all’indirizzo https://careered.stanford.edu/sites/g/files/sbiybj22801/files/media/file/linkedin-profile-checklist.pdf.