Ingegneria dei materiali e dei processi sostenibili

Conoscenza degli strumenti teorici per lo studio della chimica dei materiali

Conoscere i fondamenti della fisica della materia condensata applicati allo studio di atomi, molecole, solidi e materia soffice. Conoscere il principio di funzionamento di alcune tecniche sperimentali largamente utilizzate per lo studio della materia condensata.

Conoscere i fondamenti della fisica della materia condensata applicati allo studio di atomi, molecole, solidi e materia soffice. Conoscere il principio di funzionamento di alcune tecniche sperimentali largamente utilizzate per lo studio della materia condensata.

Fondamenti di chimica dei materiali e loro applicabilità pratica in dispositivi tecnologici

Legami chimici nei materiali. Cristalli e simmetria. Strumenti teorici per lo studio dei materiali. Introduzione al problema Many-Body e alla relativa soluzione

Dualismo onda-particella e Introduzione alla meccanica quantistica. Legami, molecole e cristalli. Cenni alle proprietà elettroniche dei solidi. Elasticità ed onde elastiche nei solidi Fondamenti di viscoelasticità e di fisica della materia soffice

Proprietà strutturali di atomi, molecole, solidi e materia soffice

Panoramica dei concetti di chimica dei materiali. Metalli, semiconduttori e isolanti Applicazioni di alcune classi di materiali di interesse per le tecnologie (fotovoltaico, energie rinnovabili).

Conoscenza dei fondamenti di chimica generale e inorganica e di fisica. Proprietà periodiche degli elementi

Conoscenza dei fondamenti di chimica generale e inorganica e di fisica. Proprietà della tavola periodica

Lezioni Frontali

TEL-DE: Il modulo è articolato in lezioni frontali con l'ausilio di presentazioni PDF, PPT, video, e insegnamenti relativi alle tecniche di caratterizzazione di laboratorio. Il modulo sarà bilanciato in termini di concetti teorici e sperimentali forniti allo studente attraverso un approccio volto a massimizzare l'efficacia dell'attività didattica. Attività in presenza: In questa parte del corso - esclusivamente in presenza non mutuabile da lezioni online - verranno erogate approfondimenti integrativi sulla fisica della materia condensata e su alcuni dei metodi sperimentali più utilizzati per il suo studio.

TEL-DE: Il modulo è articolato in lezioni frontali con l'ausilio di presentazioni PDF, PPT, video, e insegnamenti relativi alle tecniche di caratterizzazione di laboratorio. Il modulo sarà bilanciato in termini di concetti teorici e sperimentali forniti allo studente attraverso un approccio volto a massimizzare l'efficacia dell'attività didattica. Attività in presenza: In questa parte del corso - esclusivamente in presenza non mutuabile da lezioni online - verranno erogate approfondimenti integrativi sulla fisica della materia condensata e su alcuni dei metodi sperimentali più utilizzati per il suo studio.

Lezioni Frontali

Definizione di chimica dei materiali; solidi amorfi vs solidi cristallini; legami nei solidi; Laue (XRD); vettori reticolari; cella primitiva; teoria delle bande; simmetria cristallina; indici di Miller; spazio reale vs spazio reciproco; zona di Brillouin; il problema Many-Body; teoria funzionale della densità in breve; semiconduttori.

Proprietà elettroniche dei solidi: 19) Gas di elettroni liberi 20) Cenni di struttura a bande dei solidi 21) Conduttori, semiconduttori ed isolanti Elasticità ed onde elastiche nei solidi: 22) Elasticità statica in mezzi omogenei e isotropi 23) Campo degli sforzi 24) Campo delle deformazioni 25) Legge di Hooke nei solidi anisotropi 26) Onde piane nei cristalli: modello monoatomico unidimensionale 27) Onde piane nei solidi anisotropi 28) Tecniche per la misura delle costanti elastiche nei mezzi anisotropi Fondamenti di viscoelasticità e di fisica della materia soffice: 29) Introduzione alla materia soffice 30) Viscoelasticità 31) Cenni di teoria della risposta lineare 32) Processi di rilassamento 33) Transizione vetrosa, fenomenologia 34) Transizione vetrosa: modelli interpretativi 35) Tecniche per la misura dei processi di rilassamento in materiali viscoelastici 36) Conclusioni del corso

Proprietà elettroniche dei solidi: 19) Gas di elettroni liberi 20) Cenni di struttura a bande dei solidi 21) Conduttori, semiconduttori ed isolanti Elasticità ed onde elastiche nei solidi: 22) Elasticità statica in mezzi omogenei e isotropi 23) Campo degli sforzi 24) Campo delle deformazioni 25) Legge di Hooke nei solidi anisotropi 26) Onde piane nei cristalli: modello monoatomico unidimensionale 27) Onde piane nei solidi anisotropi 28) Tecniche per la misura delle costanti elastiche nei mezzi anisotropi Fondamenti di viscoelasticità e di fisica della materia soffice: 29) Introduzione alla materia soffice 30) Viscoelasticità 31) Cenni di teoria della risposta lineare 32) Processi di rilassamento 33) Transizione vetrosa, fenomenologia 34) Transizione vetrosa: modelli interpretativi 35) Tecniche per la misura dei processi di rilassamento in materiali viscoelastici 36) Conclusioni del corso

Sintesi dei materiali: «bottom-up» vs «top-down»; Sostenibilità dei materiali; Strutture cristalline di base; Strutture cristalline rappresentative; Polimorfismo; Polimorfismo; Simmetria cristallina; Indici di Miller; Casi di studio: Reticoli di ossidi metallici; Difetti; Impurità; Difetti di Frenkel vs Schottky; Colore; Cristalli; Ceramiche; Cementi; Materiali porosi; Materiali per lo stoccaggio di energia; Metalli e attività mineraria; Metallurgia delle polveri; Comportamento di fase delle leghe Fe-C; Acciai; Magnetismo; Materiali per il fotovoltaico; Materiali per la (foto)catalisi.

Esame orale a verifica del livello di conoscenza e comprensione da parte degli studenti dei contenuti del corso

La verifica degli obiettivi formativi dell’insegnamento prevede una prova orale finalizzata ad accertare il livello di conoscenza sui contenuti tecnici e metodologici del corso. La prova orale consentirà, inoltre, di verificare le capacità di comunicazione dell'allievo con proprietà di linguaggio ed organizzazione autonoma dell'esposizione. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

La verifica degli obiettivi formativi dell’insegnamento prevede una prova orale finalizzata ad accertare il livello di conoscenza sui contenuti tecnici e metodologici del corso. La prova orale consentirà, inoltre, di verificare le capacità di comunicazione dell'allievo con proprietà di linguaggio ed organizzazione autonoma dell'esposizione. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

Esame orale per verificare il livello di conoscenza e comprensione da parte degli studenti dei contenuti del corso.

Trasparenze del docente. Per ulteriori approfondimenti: 1) Materials Chemistry Bradley D Fahlman 3rd edition Springer o alternativamente 2) Introduction to Materials Chemistry Harry R.Allcock 2nd edition Wiley

Appunti delle lezioni. Dispense fornite dal docente e testi citati al loro interno.

Appunti delle lezioni. Dispense fornite dal docente e testi citati al loro interno.

Trasparenze del Docente. Per ulteriori approfondimenti 1) Materials Chemistry Bradley D Fahlman 3rd edition Springer or alternatively 2) Introduction to Materials Chemistry Harry R.Allcock 2nd edition Wiley

Lo studente dovrà dimostrare: a) di possedere completa conoscenza degli equilibri multifase e multicomponente per la progettazione e l'analisi di processi chimici e operazioni unitarie b) di essere in grado di applicare le conoscenze di cui sopra per la risoluzione di problemi riguardanti bilanci di massa ed energia ed equilibri multicomponente e multifase c) di essere in grado di applicare in modo autonomo le conoscenze oggetto del corso nella soluzione dei problemi riguardanti i processi chimici

Fornire allo studente una approfondita conoscenza delle caratteristiche principali dei materiali polimerici, con cenni sulla loro produzione. Essere in grado di comprendere il processo di produzione utilizzato per i manufatti polimerici e conoscere la proprietà meccaniche fisiche e di lavorazione dei polimeri e delle plastiche.

Fornire allo studente una approfondita conoscenza delle caratteristiche principali dei materiali polimerici, con cenni sulla loro produzione. Essere in grado di comprendere il processo di produzione utilizzato per i manufatti polimerici e conoscere la proprietà meccaniche fisiche e di lavorazione dei polimeri e delle plastiche.

Lo studente dovrà dimostrare: a) di possedere completa conoscenza dei principi di termodinamica ed equilibri multifase e multicomponente per la progettazione e l'analisi di processi chimici e operazioni unitarie b) di essere in grado di applicare le conoscenze di cui sopra per l'analisi quantitativa di processi chimici attraverso la risoluzione di problemi riguardanti bilanci di massa ed energia, equilibri chimici di sistemi reagenti ed equilibri multicomponente e multifase c) di essere in grado di applicare in modo autonomo le conoscenze oggetto del corso nella soluzione dei problemi riguardanti i processi chimici

Questo insegnamento ha l’obiettivo di fornire le conoscenze di base relative agli equilibri di fase per sistemi multicomponente necessarie alla comprensione razionale dei processi chimici e delle operazioni unitarie che li costituiscono con riferimento all’impiego in applicazioni di interesse energetico.

Il Corso prenderà in esame i principali aspetti delle caratteristiche, delle proprietà e delle tecnologie dei materiali polimerici. Partendo dalle definizioni e dalle caratteristiche chimico fisiche dei materiali polimerici, verranno studiati i processi di sintesi dei polimeri.

Il Corso prenderà in esame i principali aspetti delle caratteristiche, delle proprietà e delle tecnologie dei materiali polimerici. Partendo dalle definizioni e dalle caratteristiche chimico fisiche dei materiali polimerici, verranno studiati i processi di sintesi dei polimeri.

Questo insegnamento ha l’obiettivo di fornire le conoscenze di base relative alla termodinamica delle reazioni chimiche necessarie alla comprensione razionale dei processi chimici e delle operazioni unitarie che li costituiscono con riferimento all’impiego in applicazioni di interesse energetico.

Nozioni di base di termodinamica e chimica. Conoscenza delle principali funzioni e operatori matematici.

Analisi matematica, fisica 1 e 2, chimica.

Analisi matematica, fisica 1 e 2, chimica.

Nozioni di base di termodinamica e chimica. Conoscenza delle principali funzioni e operatori matematici.

Lezioni teoriche ed esercitazioni pratiche sui temi trattati durante il corso

Lezioni video pre-registrate e lezioni frontali in presenza. Nelle ore in presenza si svolgeranno anche esercizi su problemi relativi ai diversi argomenti trattati.

Lezioni video pre-registrate e lezioni frontali in presenza. Nelle ore in presenza si svolgeranno anche esercizi su problemi relativi ai diversi argomenti trattati.

Lezioni teoriche ed esercitazioni pratiche sui temi trattati durante il corso

1. Equilibri di fase in sistemi multicomponenti 1.1 Richiami generali sugli equilibri di fase. Regola delle Fasi e Teorema di Duhem. Equilibrio liquido-vapore: comportamento qualitativo di miscele binarie. 1.2 Equilibri liquido-vapore in miscele ideali. Legge di Raoult e legge di Henry. Flash isotermo ed adiabatico. 1.3 Miscele di gas reali: fattore di comprimibilità, equazione degli stati corrispondenti. Equazioni di stato del viriale e di tipo cubico. Coefficienti di fugacità in miscele ideali e reali di gas reali. 1.4 Esempio. Reattore e condensatore del ciclo di sintesi del metanolo. 1.5 Miscele e soluzioni non ideali. Azeotropi omogenei ed eterogenei.

Regole generali per la solubilità Parametri di solubilità Teoria di Hansen Teoria di Flory-Huggins Modelli per l'assorbimento e trasporto di massa Introduzione, flussi e processi Parametri che influenzano il flusso e instabilità Estrusione Stampaggio a iniezione Filmatura Filatura Lavorazione termoindurenti

Viscoelasticità:definizioni e tipici comportamenti dipendenti dal tempo Modello di Maxwell Modello di Voigt Altri modelli viscoelastici Criterio di sovrapposizione di Boltzmann Analisi dinamico-meccanica Sovrapposizione tempo-temperatura Reologia:cenni sui flussi Introduzione alla viscosimetria Analisi newtoniana dei viscosimetri di categoria A Viscosimetri di categoria B: Capillare Viscosimetri di categoria B: Couette Altri tipi di viscosimetri Fluidi non newtoniani Viscosimetria a capillare non newtoniana Esempi di misurazione di viscosità e melt-flow index Introduzione all’analisi termica DTA/DSC TMA TGA DMA

1. Bilanci materiali ed energetici nei sistemi reagenti a controllo stechiometrico (combustione) 1.1 Richiami di stechiometria. Reagente in eccesso ed in difetto. Dosatura stechiometrica. 1.2 Bilanci materiali su processi a controllo stechiometrico. Composizione ed analisi dei fumi. 1.3 Termochimica delle reazioni di combustione. Potere calorifico dei combustibili e calore di reazione. Legge di Hess. 1.4 Bilanci energetici su processi di combustione. Temperatura adiabatica di fiamma. Efficienza di combustione. 2. Sistemi reagenti a controllo termodinamico: Equilibrio chimico 2.1 Condizione di equilibrio per sistemi reagenti. Energia libera di Gibbs e potenziale chimico. Fugacità ed attività. Stati di riferimento per sistemi gassosi e condensati puri ed in miscela. Energia libera standard e costante di equilibrio. Effetti di temperatura e pressione sulla composizione di equilibrio: legge di Kirchhoff ed equazione di Van’t Hoff. Grado di avanzamento, conversione selettività e resa. 2.2 Bilanci materiali ed energetici in sistemi reagenti semplici e complessi. Calcolo della conversione all’equilibrio e della temperatura adiabatica di reazione. 2.3 Analisi termodinamica applicata ai processi della filiera di produzione di idrogeno.

La verifica degli obiettivi formativi dell’insegnamento prevede una prova scritta ed una prova orale. La prova scritta, della durata di tre ore, prevede lo svolgimento di due esercizi pratici, inerenti al funzionamento dei principali impianti chimici industriali studiati durante il corso. La prova orale consiste in una discussione di durata compresa tra i 20 e i 40 minuti, finalizzata ad accertare il livello di conoscenza dei contenuti teorici e metodologici forniti e dettagliati nel programma. La prova orale ha anche l’obiettivo di verificare la capacità di comunicazione e di sintesi organica, nonché la proprietà di linguaggio dello studente in relazione agli argomenti teorici e pratici trattati. La valutazione finale verrà effettuata in trentesimi dalla commissione. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

L'esame per l'ottenimento dell'open-badge consiste nella risoluzione di esercizi sugli argomenti trattati. Il conseguimento dell'open-badge permetterà allo studente di accedere all'esame finale di cluster. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa.

L'esame per l'ottenimento dell'open-badge consiste nella risoluzione di esercizi sugli argomenti trattati. Il conseguimento dell'open-badge permetterà allo studente di accedere all'esame finale di cluster. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa.

La verifica degli obiettivi formativi dell’insegnamento prevede una prova scritta ed una prova orale. La prova scritta, della durata di tre ore, prevede lo svolgimento di due esercizi pratici, inerenti al funzionamento dei principali impianti chimici industriali studiati durante il corso. La prova orale consiste in una discussione di durata compresa tra i 20 e i 40 minuti, finalizzata ad accertare il livello di conoscenza dei contenuti teorici e metodologici forniti e dettagliati nel programma. La prova orale ha anche l’obiettivo di verificare la capacità di comunicazione e di sintesi organica, nonché la proprietà di linguaggio dello studente in relazione agli argomenti teorici e pratici trattati. La valutazione finale verrà effettuata in trentesimi dalla commissione. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

Matteo Maestri. Fondamenti dei processi chimici. Principi di Termodinamica, cinetica e reattoristica chimica applicati allo studio dei processi chimici. Editore: Mc-Graw Hill, Anno 2021, ISBN: 978-8-83 865536-4 J.M. Smith, H.C. Van Ness, M.M. Abbott, Introduction to chemical engineering thermodynamics, Editore: McGraw-Hill, Anno edizione: 2005, ISBN: 978-0-07-124708-5

Fondamenti di struttura, proprietà e tecnologia dei polimeri a cura di Enrico Pedemonte http://nuovacultura.it/catalogo/fondamenti-struttura-proprieta-tecnologia-dei-polimeri/ R. J. Young and P.A. Lowel: Indroduction to Polymers. Chapman ed. F. Rodriguez: “Principles of Polymer Systems” Mc Graw Hill.

Fondamenti di struttura, proprietà e tecnologia dei polimeri a cura di Enrico Pedemonte http://nuovacultura.it/catalogo/fondamenti-struttura-proprieta-tecnologia-dei-polimeri/ R. J. Young and P.A. Lowel: Indroduction to Polymers. Chapman ed. F. Rodriguez: “Principles of Polymer Systems” Mc Graw Hill.

Matteo Maestri. Fondamenti dei processi chimici. Principi di Termodinamica, cinetica e reattoristica chimica applicati allo studio dei processi chimici. Editore: Mc-Graw Hill, Anno 2021, ISBN: 978-8-83 865536-4 J.M. Smith, H.C. Van Ness, M.M. Abbott, Introduction to chemical engineering thermodynamics, Editore: McGraw-Hill, Anno edizione: 2005, ISBN: 978-0-07-124708-5

L'obiettivo principale dell'insegnamento è trasmettere allo studente le seguenti conoscenze: principi fondamentali della crescita anisotropa delle nanostrutture; principali tecniche di sintesi di nanowire, nanorods e nanotubi di carbonio; metodologie di deposizione di film sottili nanostrutturati; principi fisici alla base delle principali tecniche di caratterizzazione superficiale e morfologica. L'insegnamento permetterà inoltre allo studente di acquisire le seguenti abilità: comprendere le relazioni tra parametri di crescita e morfologia delle nanostrutture; individuare i vantaggi e i limiti delle diverse tecniche di deposizione di film sottili; interpretare le caratteristiche strutturali dei nanomateriali sulla base dei processi di sintesi utilizzati; selezionare le tecniche di caratterizzazione più appropriate in funzione delle proprietà da investigare.

L'obiettivo principale dell'insegnamento è trasmettere allo studente le seguenti conoscenze: principi fondamentali della nucleazione e della crescita delle nanoparticelle; meccanismi di stabilizzazione colloidale e controllo della dispersione; principali strategie sintetiche per la preparazione di nanoparticelle metalliche, di ossidi e di semiconduttori; proprietà fondamentali dei quantum dots e loro dipendenza dalle dimensioni. L'insegnamento permetterà inoltre allo studente di acquisire le seguenti abilità: comprendere le relazioni tra condizioni di sintesi e proprietà finali delle nanoparticelle; individuare i parametri che controllano dimensione, distribuzione dimensionale e stabilità dei sistemi colloidali; selezionare le metodologie sintetiche più appropriate in funzione delle caratteristiche richieste per il materiale finale; interpretare criticamente i fenomeni che governano la formazione e l'evoluzione dei nanomateriali.

Il modulo affronta i principali approcci per la sintesi di nanostrutture unidimensionali e di film sottili nanostrutturati, con particolare attenzione ai meccanismi di crescita anisotropa e alle tecniche di deposizione da fase vapore. Verranno inoltre presentate le principali metodologie di caratterizzazione morfologica e strutturale dei nanomateriali, con particolare riferimento alla microscopia a forza atomica (AFM).

Il modulo introduce i principi fondamentali della sintesi di nanomateriali con particolare riferimento alla preparazione di nanoparticelle colloidali. Verranno affrontati i fenomeni di nucleazione e crescita, i meccanismi di stabilizzazione colloidale, le principali metodologie di sintesi di nanoparticelle metalliche, di ossidi e di semiconduttori, nonché le strategie per il controllo delle dimensioni e delle proprietà dei nanomateriali. Saranno inoltre introdotti i quantum dots e le relazioni tra dimensione e proprietà ottiche.

Al fine di comprendere gli argomenti trattati nell'insegnamento è necessario possedere conoscenze di base di chimica generale, chimica fisica, struttura della materia e proprietà dei materiali.

Al fine di comprendere gli argomenti trattati nell'insegnamento è necessario possedere conoscenze di base di chimica generale, chimica fisica e struttura della materia.

L'attività didattica prevede la fruizione di videolezioni registrate sulla piattaforma EduNext, seguita da 12 ore di lezioni frontali dedicate all'approfondimento degli argomenti trattati, alla discussione di casi studio e all'analisi di esempi applicativi relativi alla sintesi e caratterizzazione di nanostrutture e film sottili.

L'attività didattica prevede la fruizione di videolezioni registrate sulla piattaforma EduNext, seguita da 12 ore di lezioni frontali dedicate all'approfondimento degli argomenti trattati, alla discussione di casi studio e alla risoluzione di quesiti applicativi.

Classificazione e proprietà delle nanostrutture unidimensionali. Crescita anisotropa dei cristalli. Teoria delle Periodic Bond Chains (PBC) e relazione tra struttura cristallina e morfologia finale dei materiali. Nanowire e nanorods: caratteristiche strutturali, proprietà e applicazioni. Sintesi di nanowire mediante approcci vapor-liquid-solid (VLS) ed evaporation-condensation. Ruolo della supersaturazione e del catalizzatore nella crescita. Controllo del diametro e della morfologia delle nanostrutture. Sintesi di nanorod mediante deposizione elettrochimica assistita da template. Nanotubi di carbonio: struttura, composizione chimica, classificazione e proprietà. Confronto tra nanotubi di carbonio e fullereni. Film sottili nanostrutturati. Principi generali dei processi di deposizione da fase vapore. Meccanismi di crescita, influenza della temperatura e del trasporto di massa sulla qualità cristallina dei film. Tecniche Physical Vapor Deposition (PVD): evaporazione e sputtering. Molecular Beam Epitaxy (MBE): crescita epitassiale e controllo della composizione dei materiali. DC-sputtering e RF-sputtering: caratteristiche e differenze. Chemical Vapor Deposition (CVD). Atomic Layer Deposition (ALD): processi autolimitanti e controllo dello spessore a livello nanometrico. Deposizione di film molecolari mediante tecnica Langmuir-Blodgett. Caratterizzazione dei nanomateriali mediante microscopia a forza atomica (AFM): principi di funzionamento, modalità operative e applicazioni allo studio della topografia superficiale e delle proprietà dei materiali nanostrutturati.

Introduzione ai nanomateriali e classificazione delle nanostrutture. Richiami di termodinamica e cinetica applicati alla sintesi dei nanomateriali. Fenomeni di nucleazione omogenea ed eterogenea. Energia libera di formazione del nucleo critico. Nucleazione e crescita. Maturazione di Ostwald e processi di coalescenza. Stabilità colloidale delle nanoparticelle. Stabilizzazione elettrostatica e teoria DLVO. Ruolo del doppio strato elettrico, influenza della forza ionica e delle caratteristiche del mezzo disperdente sulla stabilità dei colloidi. Stabilizzazione sterica. Sintesi colloidale di nanoparticelle metalliche. Ruolo degli agenti riducenti, dei ligandi e dei surfattanti. Controllo della dimensione e della distribuzione dimensionale delle nanoparticelle. Sintesi in micelle inverse e nanoreattori confinati. Sintesi di nanoparticelle di ossidi mediante metodo sol-gel. Reazioni di idrolisi e condensazione. Ruolo del pH e dei parametri di sintesi nel controllo delle proprietà del materiale finale. Quantum dots semiconduttori: principi di confinamento quantistico, relazione tra dimensione e proprietà ottiche, principali metodologie di sintesi e applicazioni.

La verifica dell'apprendimento prevede una prova scritta costituita da domande a risposta multipla finalizzate ad accertare il livello di conoscenza e comprensione raggiunto dallo studente sugli argomenti trattati durante il corso. Il superamento della prova scritta consente l'accesso a un successivo colloquio orale volto a verificare la capacità dello studente di discutere criticamente i contenuti dell'insegnamento, utilizzare una terminologia scientifica appropriata e collegare i diversi concetti affrontati durante il corso.

La verifica dell'apprendimento prevede una prova scritta costituita da domande a risposta multipla finalizzate ad accertare il livello di conoscenza e comprensione raggiunto dallo studente sugli argomenti trattati durante il corso. Il superamento della prova scritta consente l'accesso a un successivo colloquio orale volto a verificare la capacità dello studente di discutere criticamente i contenuti dell'insegnamento, utilizzare una terminologia scientifica appropriata e collegare i diversi concetti affrontati durante il corso.

Gli studenti possono avvalersi delle slide del corso. Per approfondire gli argomenti trattati durante le lezioni si consiglia: Cao, Guozhong. Nanostructures & nanomaterials: synthesis, properties & applications. Imperial college press, 2004.

Gli studenti possono avvalersi delle slide del corso. Per approfondire gli argomenti trattati durante le lezioni si consiglia: Cao, Guozhong. Nanostructures & nanomaterials: synthesis, properties & applications. Imperial college press, 2004.

L’insegnamento concorre a formare lo studente sugli aspetti metodologico-operativi delle scienze dell'ingegneria in generale e dell'ingegneria dei materiali in particolare; Fornisce: 1: principi di chimica fisica finalizzati alla comprensione di processo siderururgici

L’insegnamento concorre a formare lo studente sugli aspetti metodologico-operativi delle scienze dell'ingegneria in generale e dell'ingegneria dei materiali in particolare; Fornisce: 1. conoscenza inerenti i processo produttivi dei materiali metallici 2. capacità di scelta del processo in funzione delle proprietà del materiale.

Fornire allo studente una approfondita conoscenza delle caratteristiche principali dei materiali polimerici, con cenni sulla loro produzione. Essere in grado di comprendere il processo di produzione utilizzato per i manufatti polimerici e conoscere la proprietà meccaniche fisiche e di lavorazione dei polimeri e delle plastiche.

Il modulo fornisce le basi per la comprensione dei materiali compositi a matrice termoindurente. I prerequisiti al corso sono: conoscenze di base di matematica, fisica, chimica, scienza delle costruzioni. Il modulo sarà bilanciato in termini di concetti teorici e sperimentali forniti allo studente attraverso un approccio unico volto a massimizzare l'efficacia dell'attività didattica.

Il modulo fornisce le basi per la comprensione dei materiali compositi a matrice termoindurente. Il modulo sarà bilanciato in termini di concetti teorici e sperimentali forniti allo studente attraverso un approccio unico volto a massimizzare l'efficacia dell'attività didattica.

Fornire allo studente una approfondita conoscenza delle caratteristiche principali dei materiali polimerici, con cenni sulla loro produzione. Essere in grado di comprendere il processo di produzione utilizzato per i manufatti polimerici e conoscere la proprietà meccaniche fisiche e di lavorazione dei polimeri e delle plastiche.

Il corso verte sui processi di fabbricazione dei materiali metallici con enfasi alla produzione di leghe base Fe. si trattano i principi di chimica fisica siderurgica finalizzati alla comprensione dei processi di fabbricazione acciaio

Il corso verte sui processi di fabbricazione dei materiali metallici con enfasi alla produzione di leghe base Fe. Dopo un richiamo di principi di chimica fisica siderurgica si analizzeranno in dettaglio i processi di forno elettrico, con enfasi sulle proprietà dei materiali tramite essi ottenibili.

Il Corso prenderà in esame i principali aspetti delle caratteristiche, delle proprietà e delle tecnologie dei materiali polimerici. Partendo dalle definizioni e dalle caratteristiche chimico fisiche dei materiali polimerici, verranno studiati i processi di sintesi dei polimeri.

Il corso fornisce un'introduzione alla teoria dei materiali compositi, trattando i processi produttivi, le proprietà meccaniche e funzionali ed i criteri di scelta dei materiali compositi. Nella prima parte del corso verranno introdotte le più importanti matrici polimeriche strutturali e ad alta resa carboniosa, per poi passare alla teoria dei compositi, in termini di micro meccanica, macro meccanica, laminazione e proprietà termiche.

Il corso fornisce un'introduzione alla teoria dei materiali compositi, trattando i processi produttivi, le proprietà meccaniche e funzionali ed i criteri di scelta dei materiali compositi. Nella prima parte del corso verranno introdotte le più importanti matrici polimeriche strutturali e ad alta resa carboniosa, per poi passare alla teoria dei compositi, in termini di micro meccanica, macro meccanica, laminazione e proprietà termiche.

Il Corso prenderà in esame i principali aspetti delle caratteristiche, delle proprietà e delle tecnologie dei materiali polimerici. Partendo dalle definizioni e dalle caratteristiche chimico fisiche dei materiali polimerici, verranno studiati i processi di sintesi dei polimeri, le loro proprietà. Infine verranno studiati i principali processi per la produzione di manufatti polimerici.

Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte dei concetti nell'insegnamento sono necessarie conoscenze preliminari di chimica a fisica di base.

Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte dei concetti nell'insegnamento sono necessarie conoscenze preliminari di chimica a fisica di base.

Analisi matematica, fisica 1 e 2, chimica.

Conoscenze di base di matematica, fisica, chimica, scienza delle costruzioni, polimeri.

Conoscenze di base di matematica, fisica, chimica, scienza delle costruzioni, polimeri.

Analisi matematica, fisica 1 e 2, chimica.

Il corso è organizzato in lezioni frontali in aula durante le quali vengono affrontati gli argomenti trattati nel corso. La totalità del materiale didattico utilizzato durante il corso – e.g. diapositive delle lezioni, esercizi svolti e proposti, tabelle, video ed altri contenuti – è disponibile attraverso la piattaforma Unistudium.

Il corso è organizzato in lezioni frontali in aula durante le quali vengono affrontati gli argomenti trattati nel corso. La totalità del materiale didattico utilizzato durante il corso – e.g. diapositive delle lezioni, esercizi svolti e proposti, tabelle, video ed altri contenuti – è disponibile attraverso la piattaforma Unistudium.

Lezioni video pre-registrate e lezioni frontali in presenza. Nelle ore in presenza si svolgeranno anche esercizi su problemi relativi ai diversi argomenti trattati.

TEL-DE (Didattica Integrativa): l corso è articolato in lezioni frontali con l'ausilio di testi in PDF, PPT. etc, video. Il corso sarà bilanciato in termini di concetti teorici e sperimentali forniti allo studente attraverso un approccio unico volto a massimizzare l'efficacia dell'attività didattica. Il modulo è articolato in lezioni frontali con l'ausilio di presentazioni PDF, PPT, video, insegnamenti relativi alle tecniche di caratterizzazione di laboratorio. Gli argomenti relativi al modulo “Micro-mechanics of the lamina” sono propedeutici al modulo chiamato “Macro-mechanics of the laminate”. Pertanto, la fruizione dei due moduli deve essere in sequenza con l’ordine indicato. Ogni Attività sarà corrispondente ad una lezione videoregistrata di durata compresa tra i 10/20 min. Attività in presenza: In questa parte del corso - esclusivamente in presenza non mutuabile in nessuna eccezione da lezioni online sincrone/asincrone - verranno erogate approfondimenti integrativi sui materiali compositi e sulle tecniche di manifattura e caratterizzazione.

TEL-DE (Didattica erogativa): il corso è articolato in lezioni frontali con l'ausilio di testi in PDF, PPT. etc, video. Il corso sarà bilanciato in termini di concetti teorici e sperimentali forniti allo studente attraverso un approccio unico volto a massimizzare l'efficacia dell'attività didattica. Il modulo è articolato in lezioni frontali con l'ausilio di presentazioni PDF, PPT, video, insegnamenti relativi alle tecniche di caratterizzazione di laboratorio. Gli argomenti relativi al modulo “Micro-mechanics of the lamina” sono propedeutici al modulo chiamato “Macro-mechanics of the laminate”. Pertanto, la fruizione dei due moduli deve essere in sequenza con l’ordine indicato. Ogni Attività sarà corrispondente ad una lezione videoregistrata di durata compresa tra i 10/20 min. Attività in presenza: In questa parte del corso - esclusivamente in presenza non mutuabile in nessuna eccezione da lezioni online sincrone/asincrone - verranno erogate approfondimenti integrativi sui materiali compositi e sulle tecniche di manifattura e caratterizzazione.

Lezioni video pre-registrate e lezioni frontali in presenza. Nelle ore in presenza si svolgeranno anche esercizi su problemi relativi ai diversi argomenti trattati.

1. I minerali di Fe 2. I processo di riduzione dei minerali di Fe 3 La riduzione diretta 4. L'ossidazione selettiva

1. I prodotti siderurgici 2. Metodi di elaborazione dei metalli 3. Fondamenti dei processi siderurgici 4. Richiami di chimica-fisica siderurgica 5. Gli ossidi di Fe ed il sistema Fe-O 6. La ghisa 7. Il processo di altoforno 8. Gli acciai 9. I processi di fabbricazione acciaio: affinazione 10. Il processo di forno elettrico

Definizioni, struttura, classificazione: polimeri termoplastici, polimeri termoindurenti, omo e co-polimeri, peso molecolare e distribuzione dei pesi molecolari. Polimeri comuni, tecnopolimeri, biopolimeri, e blends. Polimerizzazione a stadi: Introduzione, meccanismo di reazione. Teoria di Carothers, teoria di Flory (distribuzione più probabile), cinetica, policondensazione polifunzionale: teoria di Carothers e teoria di Flory sulla gelificazione. Polimerizzazione a catena: Meccanismo di reazione, cinetica, energia di attivazione, grado di polimerizzazione medio, auto-accelerazione, trasferimento di catena, effetti della temperatura, inibizione e ritardo. Copolimerizzazione: Classificazione dei copolimeri. Equazione di composizione di un copolimero, grafico fa-Fa. Miscela azeotropica. Determinazione della quantità di monomero non reagito.

Ogni Sezione è composta da un certo numero di Attività. Ad ogni Attività sarà corrispondente ad una lezione videoregistrata di durata compresa tra i 10/20 min. Sezione 1: Characteristics Of A Fiber-Reinforced Lamina Fundamentals Stress and Strain Transformations in a Thin Lamina under Plane Stress Isotropic, Anisotropic, and Orthotropic Materials Elastic Properties of a Lamina: Unidirectional Continuous Fiber 0° Lamina Unidirectional Continuous Fiber Unidirectional Discontinuous Fiber 0° Lamina and Randomly Oriented Discontinuous Fiber Lamina Isotropic and Orthotropic Lamina Compliance and Stiffness Matrices Sezione 2: Laminated Structure From Lamina to Laminate Lamination Theory Elements in Stiffness Matrices Midplane Strains and Curvatures Lamina Strains and Stresses Coefficients Of L Inear Thermal Expansion Thermal Strains and Stresses Sezione 3: Testing Mechanical testing 1/2 Mechanical testing 2/2 Sezione 4: Manufacturing Thermo-mechanical properties Differential Scanning Calorimetry (DSC) Degree of cure Viscosity, flow, consolidation, voids, shrinkage Manufacturing techniques 1/6 Manufacturing techniques 2/6 Manufacturing techniques 3/6 Manufacturing techniques 4/6 Manufacturing techniques 5/6 Manufacturing techniques 6/6

Ogni Sezione è composta da un certo numero di Attività. Ad ogni Attività sarà corrispondente ad una lezione videoregistrata di durata compresa tra i 10/20 min. Sezione 1: Fibers Introduction Definition of composite and glass fibers Organic precursor, Thermo-gravimetric Analysis (TGA), char yield Carbon Fibers: Precursors: Rayon, Pitch, Phenolics Carbon Fibers 1/2 Carbon Fibers 2/2 Ceramic fibers (and matrices) Sezione 2: Matrices Main Thermoset Matrices: Epoxy Main Thermoset Matrices: Polyester, Vinyl Ester Main Thermoset Matrices: Phenolics Fiber Surface Treatments, Sizing, etching, etc Sezione 3: Incorporation of Fibers into Matrix and Fiber Surface Treatments Fiber Architecture, prepregs Fiber Content, Density, and Void Content Sezione 4: Incorporation of Fibers into Matrix and Fiber Surface Treatments Longitudinal Tensile Loading 1/2 Longitudinal Tensile Loading 2/3 Longitudinal Tensile Loading 3/3 Unidirectional discontinuous Fibers 1/2 Unidirectional discontinuous Fibers 2/2 Micro failure Modes in Longitudinal Tension Transverse Tensile Loading Shear properties

Struttura: Cristalli polimerici. Determinazione della struttura cristallina. Polimeri semicristallini, sferuliti, grado di cristallinità, spessore del cristallo e orientazione, Termodinamica della cristallizzazione e meccanismo molecolare, teoria di Hoffman. Legge di Avrami. Fusione, fattori che influenzano la temperatura di fusione Polimeri amorfi. Teoria del volume libero e transizione vetrosa, Eq. Gordon-Taylor copolimeri. Dipendenza della Tg dalla struttura chimica. Elastomeri Proprietà meccaniche:. “Yield “dei polimeri, fenomenologia, necking, Criteri di snervamento con dipendenza dalla pressione. Dipendenza da velocità e temperatura. Polimeri termo indurenti.

L'esame si compone di una prova orale volta all’accertamento della conoscenza degli argomenti svolti.

L'esame si compone di una prova orale volta all’accertamento della conoscenza degli argomenti svolti.

L'esame per l'ottenimento dell'open-badge consiste nella risoluzione di esercizi sugli argomenti trattati. Il conseguimento dell'open-badge permetterà allo studente di accedere all'esame finale di cluster. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa.

La prova consisterà in un colloquio orale in presenza nel quale verranno poste domande orali e/o scritte al candidato a discrezione del docente. Il voto è espresso in trentesimi. La prova viene considerata superata al raggiungimento del punteggio dei 18/30. La prova si svolge esclusivamente in presenza. Il suo superamento, propedeutico allo svolgimento della prova del cluster comporta il rilascio dell’Open Badge. Gli appelli si svolgono nell’arco del calendario didattico dell’o¿erta formativa nello stesso numero delle prove d’esame del Cluster. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa.

La prova consisterà in un colloquio orale in presenza nel quale verranno poste domande orali e/o scritte al candidato a discrezione del docente. Il voto è espresso in trentesimi. La prova viene considerata superata al raggiungimento del punteggio dei 18/30. La prova si svolge esclusivamente in presenza. Il suo superamento, propedeutico allo svolgimento della prova del cluster comporta il rilascio dell’Open Badge. Gli appelli si svolgono nell’arco del calendario didattico dell’o¿erta formativa nello stesso numero delle prove d’esame del Cluster. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa.

L'esame per l'ottenimento dell'open-badge consiste nella risoluzione di esercizi sugli argomenti trattati. Il conseguimento dell'open-badge permetterà allo studente di accedere all'esame finale di cluster. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa.

Materiale didattico comprendente diapositive delle lezioni, testi e soluzione degli esercizi proposti, tabelle, video ed altro è disponibile attraverso la piattaforma Unistudium.

Materiale didattico comprendente diapositive delle lezioni, testi e soluzione degli esercizi proposti, tabelle, video ed altro è disponibile attraverso la piattaforma Unistudium.

Fondamenti di struttura, proprietà e tecnologia dei polimeri a cura di Enrico Pedemonte http://nuovacultura.it/catalogo/fondamenti-struttura-proprieta-tecnologia-dei-polimeri/ R. J. Young and P.A. Lowel: Indroduction to Polymers. Chapman ed. F. Rodriguez: “Principles of Polymer Systems” Mc Graw Hill.

Libri di testo usati anche durante le lezioni: Analysis and Performance of Fiber Composites Bhagwan D. Agarwal, Lawrence J. Broutman, K.Chandrashekhara QUARTA EDIZIONE Analysis And Performance of Fiber Composites Bhagwan D. Agarwal, Lawrence J. Broutman, K.Chandrashekhara TERZA EDIZIONE Composite Materials: Engineering and Science F. L. Matthews, R. D. Rawlings Mechanics of Materials in SI Units Hibbeler Russell UNDICESIMA EDIZIONE Composite Mechanics Andreas Öchsner 2023° EDIZIONE Fiber-Reinforced Composites: Materials, Manufacturing, and Design P.K. Mallick TERZA EDIZIONE Mechanics Of Composite Materials Robert M. Jones SECONDA EDIZIONE e materiale integrativo vario fornito dal docente.

Libri di testo usati anche durante le lezioni: Analysis and Performance of Fiber Composites Bhagwan D. Agarwal, Lawrence J. Broutman, K.Chandrashekhara QUARTA EDIZIONE Analysis And Performance of Fiber Composites Bhagwan D. Agarwal, Lawrence J. Broutman, K.Chandrashekhara TERZA EDIZIONE Composite Materials: Engineering and Science F. L. Matthews, R. D. Rawlings Mechanics of Materials in SI Units Hibbeler Russell UNDICESIMA EDIZIONE Composite Mechanics Andreas Öchsner 2023° EDIZIONE Fiber-Reinforced Composites: Materials, Manufacturing, and Design P.K. Mallick TERZA EDIZIONE Mechanics Of Composite Materials Robert M. Jones SECONDA EDIZIONE e materiale integrativo vario fornito dal docente.

Fondamenti di struttura, proprietà e tecnologia dei polimeri a cura di Enrico Pedemonte http://nuovacultura.it/catalogo/fondamenti-struttura-proprieta-tecnologia-dei-polimeri/ R. J. Young and P.A. Lowel: Indroduction to Polymers. Chapman ed. F. Rodriguez: “Principles of Polymer Systems” Mc Graw Hill.

Insegnamento integrato composto dai moduli: ENVIRONMENTAL SUSTAINABILITY ASSESSMENT; RIDUZIONE E COMPENSAZIONE DELLE EMISSIONI DI ANIDRIDE CARBONICA; STOCCAGGIO PERMANENTE DI ANIDRIDE CARBONICA; SUSTAINABLE ENERGY SYSTEMS: ASSESMENT; SUSTAINABLE ENERGY SYSTEMS: DESIGN.

L’insegnamento concorre a formare lo studente sulla modellistica numerica di materiali per l’ingegneria elettrica. Introduce agli aspetti metodologici, di modellazione, di progettazione e di collegamento fra le varie conoscenze, e affronta le questioni della sostenibilità, affidabilità delle supply-chain e delle implicazioni etiche legate all’utilizzo di certi materiali. L'obiettivo principale dell’insegnamento consiste nel fornire agli studenti le basi per la scelta dei materiali più appropriati, in funzione dell’applicazione. I principali risultati dell’apprendimento saranno: • Comprensione dei principi fisici alla base del funzionamento dei materiali per la mobilità elettrica; • Conoscenza dei diversi tipi di materiali, con i loro limiti ed il loro costo; • Conoscenza delle implicazioni sociali, ecologiche e geopolitiche legate all’estrazione e alla purificazione di alcuni materiali “critici”.

L’insegnamento concorre a formare lo studente sulla modellistica numerica di materiali per l’ingegneria elettrica. Introduce agli aspetti metodologici, di modellazione, di progettazione e di collegamento fra le varie conoscenze, e affronta le questioni della sostenibilità, affidabilità delle supply-chain e delle implicazioni etiche legate all’utilizzo di certi materiali. L'obiettivo principale dell’insegnamento consiste nel fornire agli studenti le basi per la scelta dei materiali più appropriati, in funzione dell’applicazione. I principali risultati dell’apprendimento saranno: • Comprensione dei principi fisici alla base del funzionamento dei materiali per la mobilità elettrica; • Conoscenza dei diversi tipi di materiali, con i loro limiti ed il loro costo; • Conoscenza delle implicazioni sociali, ecologiche e geopolitiche legate all’estrazione e alla purificazione di alcuni materiali “critici”.

L’insegnamento fornisce le competenze di base necessarie alla corretta dei materiali utilizzati nell’ambito della mobilità elettrica. I principali contenuti riguardano: richiami di meccanica quantistica e fisica statistica. Materiali conduttori: modelli di Drude, Sommerfeld e delle bande di energia. Materiali semiconduttori, giunzione PN. Cenni di geopolitica inerenti l’origine e le implicazioni etiche e sulle supply-chain dei materiali per l’ingegneria elettrica (guerre del coltan, etc.).

L’insegnamento fornisce le competenze di base necessarie alla corretta dei materiali utilizzati nell’ambito della mobilità elettrica. I principali contenuti riguardano: richiami di meccanica quantistica e fisica statistica. Materiali magnetici: diamagnetismo, paramagnetismo, ferromagnetismo, ferrimagnetismo. Teoria della separazione dele perdite di Bertotti. Modelli di isteresi (Jiles-Atherton, Energy-based model, Preisach). Dimensionamento di un circuito magnetico. Cenni di geopolitica inerenti l’origine e le implicazioni etiche e sulle supply-chain dei materiali per l’ingegneria elettrica (guerre del coltan, etc.).

Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte delle tecniche descritte nell'insegnamento sono necessarie conoscenze preliminari di elettromagnetismo, elettrotecnica, fisica e competenze informatiche e di analisi numerica.

Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte delle tecniche descritte nell'insegnamento sono necessarie conoscenze preliminari di elettromagnetismo, elettrotecnica, fisica e competenze informatiche e di analisi numerica.

Il corso è organizzato in: • lezioni frontali in aula durante le quali vengono affrontati gli argomenti trattati nel corso; • esercitazioni consistenti nella realizzazione di elaborati, anche tramite software FEM open source. La totalità del materiale didattico utilizzato durante il corso – e.g. diapositive delle lezioni, esercizi svolti e proposti, tabelle, video ed altri contenuti – sarà disponibile attraverso la piattaforma Unistudium.

Il corso è organizzato in: • lezioni frontali in aula durante le quali vengono affrontati gli argomenti trattati nel corso; • esercitazioni consistenti nella realizzazione di elaborati, anche tramite software FEM open source. La totalità del materiale didattico utilizzato durante il corso – e.g. diapositive delle lezioni, esercizi svolti e proposti, tabelle, video ed altri contenuti – sarà disponibile attraverso la piattaforma Unistudium.

Introduzione. • Materiali per l’ingegneria elettrica: uno sguardo d'insieme. Richiami di meccanica quantistica • Equazione di Schrödinger, autofunzioni d’onda • Tavola di Mendéléev, orbitali molecolari e tipi di legame chimico • Struttura cristallina e difetti. Materiali conduttori • Modello di Drude (delle palle da biliardo): principio e limiti (dipendenza della conduttività dalla temperatura, effetto termo-ionico, etc.) • Modello di Sommerfeld, conduzione nei metalli • Quale conduttore scegliere in funzione dell’applicazione • Disponibilità e localizzazione dei materiali conduttori nel mondo. Implicazioni etiche, ambientali e geopolitiche. Materiali semi-conduttori • Limiti del modello di Sommerfeld, e perché questo modello spiega la conduzione nei metalli ma non nei semiconduttori • Struttura cristallina e stati di energia. Teorema di Bloch e modello delle bande di energia • Elettroni e lacune. Funzionamento della giunzione PN • Tenuta in temperatura e in tensione dei semiconduttori. Materiali a grande gap. • Disponibilità e localizzazione dei materiali semiconduttori nel mondo. Implicazioni etiche, ambientali e geopolitiche. Materiali isolanti (dielettrici) • Richiami di fisica: polarizzazione alla scala microscopica, campo D • Rigidità dielettrica e meccanismi di claquage • Comportamento dielettrico dei gas, perché e con quali materiali sostituire SF6? • Disponibilità e localizzazione dei materiali dielettrici nel mondo. Implicazioni etiche, ambientali e geopolitiche.

Introduzione. Materiali magnetici • Tipi di magnetismo: diamagnetismo, paramagnetismo, ferromagnetismo e ferrimagnetismo. • Perché la meccanica classica non spiega il magnetismo, teorema di Bohr-van Leeuwen. • Materiali magnetici dolci e duri. • Magneti permanenti, perché le terre rare sono importanti? • Isteresi magnetica, cenni di misure magnetiche • Modelli di isteresi statica: Jiles-Atherton, Preisac, Energy-based model • Perdite nei materiali magnetici: formula di Steinmetz, teoria delle separazione delle perdite, perdite anomale e loro origine. • Disponibilità e localizzazione dei materiali magnetici e terre rare nel mondo. Implicazioni etiche, ambientali e geopolitiche. Esercitazione: dimensionamento di un nucleo magnetico

L'esame si compone di due parti: • una prova scritta (2h) • una prova orale, unicamente per gli studenti che superino la prova scritta

L'esame si compone di due parti: • una prova scritta (2h) • una prova orale, unicamente per gli studenti che superino la prova scritta

Philippe Robert: Matériaux de l’électrotechnique (in francese). Vol. 2 del Traité d’électricité de l’Ecole Politéchnique de Lousanne, scaricabile gratuitamente (e legalmente) : https://www.epflpress.org/produit/792/9782889142286/materiaux-de-l-electrotechnique-te-volume-ii

Philippe Robert: Matériaux de l’électrotechnique (in francese). Vol. 2 del Traité d’électricité de l’Ecole Politéchnique de Lousanne, scaricabile gratuitamente (e legalmente) : https://www.epflpress.org/produit/792/9782889142286/materiaux-de-l-electrotechnique-te-volume-ii

• Comprendere i meccanismi di interazione all'interfaccia nei materiali compositi e ibridi e i principi chimici dello scambio di legami covalenti dinamici nei vitrimeri. - Saper progettare la formulazione di un materiale ibrido o di un biocomposito selezionando i trattamenti superficiali idonei per ottimizzare l'adesione tra fasi diverse. - Saper valutare il ciclo di vita e la sostenibilità di un materiale avanzato, distinguendo criticamente quando l'uso di un vitrimero o di un biocomposito offre un reale vantaggio tecnologico e ambientale rispetto ai materiali tradizionali.
• Distinguere tra i concetti di "bio-based" (origine della materia prima) e "biodegradabile" (funzionalità di fine vita), comprendendo le vie di sintesi e di degradazione di entrambe le classi. - Saper selezionare il biopolimero più idoneo per una specifica applicazione industriale (packaging alimentare, biomedicale, agricoltura) in base alle proprietà barriera, termiche e meccaniche richieste. - Valutare in modo critico la sostenibilità dei biopolimeri, bilanciando l'uso di suolo agricolo per scopi non alimentari (food vs. fuel/plastics) con i vantaggi della riduzione dell'impronta di carbonio.

Lo studente sarà guidato nella comprensione dei concetti fondamentali alla base della teoria dei materiali TPS. Al termine del corso lo studente possiederà gli strumenti di base per la progettazione di materiali TPS.

Lo studente sarà guidato nella comprensione dei concetti fondamentali alla base della teoria dei materiali TPS. Al termine del corso lo studente possiederà gli strumenti di base per la progettazione di materiali TPS.

L’insegnamento concorre a formare lo studente sugli aspetti metodologico-operativi delle scienze dell'ingegneria in generale e dell'ingegneria meccanica in particolare; Fornisce: 1. conoscenza delle proprietà dei materiali metallici 2. capacità di scelta del processo in funzione delle proprietà del materiale per applicazioni energetiche

L’insegnamento concorre a formare lo studente sugli aspetti metodologico-operativi delle scienze dell'ingegneria in generale e dell'ingegneria meccanica in particolare; Fornisce: 1. conoscenza delle proprietà dei materiali metallici 2. capacità di scelta del processo in funzione delle proprietà del materiale.

Il corso si propone di fornire le conoscenze chimico-fisiche e tecnologiche necessarie per la progettazione e la caratterizzazione di materiali polimerici strutturali e funzionali di nuova generazione. Gli argomenti principali riguardano i biocompositi (matrici polimeriche rinforzate con fibre naturali), i materiali ibridi organici-inorganici (strutture su scala nanometrica e molecolare) e i vitrimeri, una classe rivoluzionaria di polimeri basata su reti covalenti dinamiche che uniscono i vantaggi prestazionali dei termoindurenti alla riciclabilità dei termoplastici.

Il corso offre uno studio approfondito delle macromolecole di origine biologica e dei polimeri di sintesi biodegradabili e/o bio-based. Vengono analizzate le relazioni struttura-proprietà, i metodi di estrazione, le vie di sintesi chimica e biotecnologica, nonché i processi di trasformazione industriale. Una parte significativa del corso è dedicata ai meccanismi di biodegradazione, alla normativa sul compostaggio e all'analisi del ciclo di vita (LCA) come strumenti per valutare il reale impatto ambientale di questi materiali in alternativa alle plastiche fossili tradizionali.

Il corso vuole fornire una panoramica dettagliata sui materiali per l’aerospazio ad alta temperatura detti anche Thermal Protection System (TPS). Verrà trattata la produzione, il testing termico e termo-meccanico, tradizionale ed avanzato, illustrando l’ambito specifico in cui ogni formulazione trova la migliore applicazione. Questi materiali vengono usati nella produzione degli schermi termici delle navette e sonde durante il volo di rientro in una atmosfera planetaria ma sono anche utilizzati per la produzione dei sistemi di propulsione chimica quali motori a razzo a propellenti liquidi, solidi ed ibridi. Il corso fornirà allo studente una panoramica unica in termini di bilanciamento tra le nozioni teoriche e sperimentali, implementando un approccio unico sul panorama nazionale per corretta trattazione di materiali ad alto valore aggiunto come quelli ad alta temperatura e per l’aerospazio. Al termine del corso lo studente sarà in grado di identificare correttamente l’uso di ogni classe di materiale ad alta temperatura, formando una figura professionale fortemente ricercata in un settore come quello dell’industria aerospaziale che vede l’Italia tra i primi paesi al mondo per qualità e ritorno economico.

Il corso vuole fornire una panoramica dettagliata sui materiali per l’aerospazio ad alta temperatura detti anche Thermal Protection System (TPS). Verrà trattata la produzione, il testing termico e termo-meccanico, tradizionale ed avanzato, illustrando l’ambito specifico in cui ogni formulazione trova la migliore applicazione. Questi materiali vengono usati nella produzione degli schermi termici delle navette e sonde durante il volo di rientro in una atmosfera planetaria ma sono anche utilizzati per la produzione dei sistemi di propulsione chimica quali motori a razzo a propellenti liquidi, solidi ed ibridi. Il corso fornirà allo studente una panoramica unica in termini di bilanciamento tra le nozioni teoriche e sperimentali, implementando un approccio unico sul panorama nazionale per corretta trattazione di materiali ad alto valore aggiunto come quelli ad alta temperatura e per l’aerospazio. Al termine del corso lo studente sarà in grado di identificare correttamente l’uso di ogni classe di materiale ad alta temperatura, formando una figura professionale fortemente ricercata in un settore come quello dell’industria aerospaziale che vede l’Italia tra i primi paesi al mondo per qualità e ritorno economico.

L’insegnamento fornisce le competenze di base necessarie per la scelta di materiali metallici destinati a diverse condizioni d’uso. I principali contenuti riguardano: natura e proprietà dei materiali metallici, partendo dagli aspetti cristallografici, ai difetti, alle relazioni tra questi e le macro- proprietà dei materiali. Vengono descritti in dettaglio gli acciai al C, gli acciai inossidabili e le principali leghe di Al, le leghe di Cu e di Ti

L’insegnamento fornisce le competenze di base necessarie per la scelta di materiali metallici destinati ad applicazioni nel settore del nucleare. I principali contenuti riguardano: natura e proprietà dei materiali metallici, partendo dagli aspetti cristallografici, ai difetti, alle relazioni tra questi e le macro- proprietà dei materiali.

È richiesta l'acquisizione dei concetti fondamentali di Scienza dei Polimeri

Conoscenza dei concetti base di Chimica Organica e di Scienza dei Polimeri

Conoscenze di base di matematica, fisica, chimica, scienza delle costruzioni, polimeri

Conoscenze di base di matematica, fisica, chimica, scienza delle costruzioni, polimeri

Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte dei concetti nell'insegnamento sono necessarie conoscenze preliminari di chimica a fisica di base.

Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte dei concetti nell'insegnamento sono necessarie conoscenze preliminari di chimica a fisica di base.

Il corso è articolato in lezioni frontali con l'ausilio di presentazioni Powerpoint

Il corso è articolato in lezioni frontali con l'ausilio di presentazioni Powerpoint

TEL-DE (Didattica Integrativa): l corso è articolato in lezioni frontali con l'ausilio di testi in PDF, PPT. etc, video. Il corso sarà bilanciato in termini di concetti teorici e sperimentali forniti allo studente attraverso un approccio unico volto a massimizzare l'efficacia dell'attività didattica. Il modulo è articolato in lezioni frontali con l'ausilio di presentazioni PDF, PPT, video, insegnamenti relativi alle tecniche di caratterizzazione di laboratorio. Gli argomenti relativi al modulo “HEAT TRANSFER AND ABLATION PROCESS” sono propedeutici al modulo chiamato “HIGH TEMPERATURE MATERIALS - HIGH TEMPERATURE MATERIALS”. Pertanto, la fruizione dei due moduli deve essere in sequenza con l’ordine indicato. Ogni Attività sarà corrispondente ad una lezione videoregistrata di durata compresa tra i 10/20 min. Attività in presenza: In questa parte del corso - esclusivamente in presenza non mutuabile in nessuna eccezione da lezioni online sincrone/asincrone - verranno erogate approfondimenti integrativi sui materiali compositi e sulle tecniche di manifattura e caratterizzazione.

TEL-DE (Didattica Integrativa): l corso è articolato in lezioni frontali con l'ausilio di testi in PDF, PPT. etc, video. Il corso sarà bilanciato in termini di concetti teorici e sperimentali forniti allo studente attraverso un approccio unico volto a massimizzare l'efficacia dell'attività didattica. Il modulo è articolato in lezioni frontali con l'ausilio di presentazioni PDF, PPT, video, insegnamenti relativi alle tecniche di caratterizzazione di laboratorio. Gli argomenti relativi al modulo “HEAT TRANSFER AND ABLATION PROCESS” sono propedeutici al modulo chiamato “HIGH TEMPERATURE MATERIALS - HIGH TEMPERATURE MATERIALS”. Pertanto, la fruizione dei due moduli deve essere in sequenza con l’ordine indicato. Ogni Attività sarà corrispondente ad una lezione videoregistrata di durata compresa tra i 10/20 min. Attività in presenza: In questa parte del corso - esclusivamente in presenza non mutuabile in nessuna eccezione da lezioni online sincrone/asincrone - verranno erogate approfondimenti integrativi sui materiali compositi e sulle tecniche di manifattura e caratterizzazione.

Il corso è organizzato in lezioni telematiche frontali in aula durante le quali vengono affrontati gli argomenti trattati nel corso. La totalità del materiale didattico utilizzato durante il corso – e.g. diapositive delle lezioni, esercizi svolti e proposti, tabelle, video ed altri contenuti – è disponibile attraverso la piattaforma Unistudium.

Il corso è organizzato in lezioni durante le quali vengono affrontati gli argomenti trattati nel corso. La totalità del materiale didattico utilizzato durante il corso – e.g. diapositive delle lezioni, esercizi svolti e proposti, tabelle, video ed altri contenuti – è disponibile attraverso la piattaforma Unistudium.

• Biocompositi Polimerici: Classificazione delle fibre naturali (lignocellulosiche, animali, minerali) e loro struttura gerarchica. - Matrici polimeriche per biocompositi: polimeri tradizionali riciclati vs. biopolimeri (PLA, PHA). - Trattamenti superficiali chimici (acetilazione, silanizzazione) e fisici (plasma). - Proprietà meccaniche, degradazione ambientale e assorbimento d'acqua nei biocompositi. - Definizione e classificazione dei materiali ibridi - Reti Covalenti Dinamiche e Vitrimeri - Meccanismi di scambio associativi (Vitrimeri) vs. dissociativi (polimeri Diels-Alder). La topologia della rete costante durante lo scambio. - Comportamento reologico e deviazione dall'equazione di Arrhenius. - Proprietà uniche dei vitrimeri: auto-riparazione (self-healing), saldabilità, riciclabilità chimica/meccanica e memoria di forma in matrici reticolate.
• Introduzione e Classificazione dei Biopolimeri: il sistema degli assi della sostenibilità polimerica: Bio-based vs. Petrolio-derivati; Biodegradabili vs. Durabili. - Fonti di biomassa (prima, seconda e terza generazione) e bioraffinerie. - Biopolimeri Naturali (Estratti da Biomassa) - Polisaccaridi: Cellulosa e suoi derivati (acetato di cellulosa, eteri); amido (nativo, plastificato e termoplastico - TPS); chitinica e chitosano; alginati. Struttura, proprietà barriera e idrofilia. - Proteine e Poliesteri naturali: Glutine, zeina, collagene e gelatina. I Poliidrossialcanoati (PHA): sintesi biotecnologica batterica, accumulo intracellulare e proprietà del PHB e PHBV. - Biopolimeri Sintetici (Da Monomeri Bio-based o Fossili) - Acido Polilattico (PLA): Sintesi via condensazione diretta e via polimerizzazione per apertura d'anello (ROP) del lattide. Stereochimica del PLA (L-lattide, D-lattide, meso-lattide) e controllo della cristallinità. Proprietà meccaniche e modifiche (blending). - Poliesteri Alifatici e Alifatico-Aromatici: Policaprolattone (PCL), Polibutilene succinato (PBS), e Polibutilene adipato-co-tereftalato (PBAT). Meccanismi di sintesi e bilancio tra flessibilità e degradabilità. - Polimeri drop-in bio-based: Bio-PE, Bio-PET e Bio-poliammidi: sintesi da bio-etanolo e bio-oli senza alterazione delle proprietà del polimero tradizionale. - Meccanismi di degradazione: idrolisi chimica, degradazione enzimatica e microbica. Influenza di cristallinità, idrofilia e morfologia sulla cinetica di degradazione. - Standard di laboratorio e certificazioni: la norma UNI EN 13432 per il compostaggio industriale. Requisiti di disintegrazione, biodegradazione ed ecotossicità dei residui.

Introduzione agli ambienti ipertermici: cenni al volo da rientro atmosferico e classificazione in base ai flussi termici, generalità sulla propulsione chimica, motori a razzo liquidi, solidi e ibridi, impulso specifico e totale, nozioni di base sull’ugello di de Laval, materiali strutturali il contenitore del motore, vettorazione della spinta; • Introduzione ai materiali per la protezione termica o Thermal Protection System (TPS); • Materiali TPS non ablativi per il rientro atmosferico: generalità sui materiali TPS non ablativi, materiali ceramici a bassa densità, processi produttivi, diffusione e sinterizzazione, Reusable Surface Insulation, lo scudo termico dello Space Shuttle; • Materiali TPS ablativi: metalli refrattari, ceramici, materiali carboniosi, grafite, meccanismi di erosione e termo-ossidazione, introduzione ai materiali TPS ablativi polimerici, esempi di applicazione nel campo della propulsione a razzo; • Materiali isolanti: a matrice elastomerica principali (EPDM e silicone), metodi di produzione (calandratura, kneader, etc), esempi di formulazioni EPDM/Kevlar, SLA-561V, DC 93-104; vulcanizzazione, perossidi, applicazioni specifiche, materiali isolanti a matrice rigida, metodi di produzione, legno, sughero (P50); • Materiali TPS fibrorinforzati: classificazione delle matrici, stabilità termica e dimensionale, matrici fenoliche, cicli di cura, resa carboniosa, generalità sulle fibre (vetro, basalto, silice, carbonio), trattamento superficiale, riempitivi, caratteristiche termiche e meccaniche dei materiali TPS fibrorinforzati; • Cenni ai materiali TPS nanostrutturati: introduzione, differenze tra i meccanismi di ablazione a bassi ed alti flussi termici; • Materiali TPS fibrorinforzati tipo carbonio/fenolica: processo di fabbricazione della fibra dal Rayon, dal PAN e dalla pece, differenze tra i tipi di fibra in termini di funzionalizzazione chimica ed affinità alle diverse matrici polimeriche, proprietà termiche e meccaniche, tecniche di produzione dei compositi carbonio/fenolica, applicazioni, cenni al dimensionamento di un laminato carbonio/fenolica (review nuova); • Caratterizzazione termofisica di base dei materiali TPS: richiami di fisica, termodinamica, definizione di capacità termica, conducibilità termica, teoria della misurazione della temperatura, effetto Seebeck, tipi di termocoppie, cenni alla teoria della misurazione, sistemi di acquisizione, tecniche di caratterizzazione termica (TGA/DTG/DTA, DSC, LFA), stabilità dimensionale, tecniche di caratterizzazione (TMA), ruolo dell’heating rate; • Caratterizzazione termofisica avanzata; • Caratterizzazione avanzata dei materiali TPS: condizioni termiche, condizioni chimiche, condizioni meccaniche, tipi di torce (plasma, arc-jet, HVOF, etc), torcia ossi-acetilene, determinazione del flusso termico, calibrazione, tipi di calorimetri (slug, Gardon gages, etc), ruolo del rapporto ossidante/combustibile, esempi di test, caratterizzazione morfologica della superficie esposta alla fiamma, definizione di perdita di massa e tasso di erosione, sistemi di misura del tasso di erosione post testing e real time; • Caratterizzazione avanzata dei materiali TPS mediante banchi di prova basati su motori a propellenti liquidi, solidi, sistema di test del NASA MSFC, banchi su motori ibridi, analisi a raggi X dei materiali TPS. • Materiali TPS ultra leggeri: Lightweight Ceramic Ablators, Phenolic Impregnated Carbon Ablators, metodi di produzione; • Introduzione alla modellazione dei fenomeni ablativi: introduzione alla matematica governante la degradazione dei materiali, cinetica di degradazione (metodi di Friedman, Ozawa, etc), legge di Arrhenius determinazione dei parametri cinetici mediante TGA, regola delle miscele, modellazione della conducibilità termica e capacità termica anche in funzione della temperatura, cenni alla erosione meccanica, differenze tra ablazione superficiale ed in volume.

Introduzione agli ambienti ipertermici: cenni al volo da rientro atmosferico e classificazione in base ai flussi termici, generalità sulla propulsione chimica, motori a razzo liquidi, solidi e ibridi, impulso specifico e totale, nozioni di base sull’ugello di de Laval, materiali strutturali il contenitore del motore, vettorazione della spinta; • Introduzione ai materiali per la protezione termica o Thermal Protection System (TPS); • Materiali TPS non ablativi per il rientro atmosferico: generalità sui materiali TPS non ablativi, materiali ceramici a bassa densità, processi produttivi, diffusione e sinterizzazione, Reusable Surface Insulation, lo scudo termico dello Space Shuttle; • Materiali TPS ablativi: metalli refrattari, ceramici, materiali carboniosi, grafite, meccanismi di erosione e termo-ossidazione, introduzione ai materiali TPS ablativi polimerici, esempi di applicazione nel campo della propulsione a razzo; • Materiali isolanti: a matrice elastomerica principali (EPDM e silicone), metodi di produzione (calandratura, kneader, etc), esempi di formulazioni EPDM/Kevlar, SLA-561V, DC 93-104; vulcanizzazione, perossidi, applicazioni specifiche, materiali isolanti a matrice rigida, metodi di produzione, legno, sughero (P50); • Materiali TPS fibrorinforzati: classificazione delle matrici, stabilità termica e dimensionale, matrici fenoliche, cicli di cura, resa carboniosa, generalità sulle fibre (vetro, basalto, silice, carbonio), trattamento superficiale, riempitivi, caratteristiche termiche e meccaniche dei materiali TPS fibrorinforzati; • Cenni ai materiali TPS nanostrutturati: introduzione, differenze tra i meccanismi di ablazione a bassi ed alti flussi termici; • Materiali TPS fibrorinforzati tipo carbonio/fenolica: processo di fabbricazione della fibra dal Rayon, dal PAN e dalla pece, differenze tra i tipi di fibra in termini di funzionalizzazione chimica ed affinità alle diverse matrici polimeriche, proprietà termiche e meccaniche, tecniche di produzione dei compositi carbonio/fenolica, applicazioni, cenni al dimensionamento di un laminato carbonio/fenolica (review nuova); • Caratterizzazione termofisica di base dei materiali TPS: richiami di fisica, termodinamica, definizione di capacità termica, conducibilità termica, teoria della misurazione della temperatura, effetto Seebeck, tipi di termocoppie, cenni alla teoria della misurazione, sistemi di acquisizione, tecniche di caratterizzazione termica (TGA/DTG/DTA, DSC, LFA), stabilità dimensionale, tecniche di caratterizzazione (TMA), ruolo dell’heating rate; • Caratterizzazione termofisica avanzata; • Caratterizzazione avanzata dei materiali TPS: condizioni termiche, condizioni chimiche, condizioni meccaniche, tipi di torce (plasma, arc-jet, HVOF, etc), torcia ossi-acetilene, determinazione del flusso termico, calibrazione, tipi di calorimetri (slug, Gardon gages, etc), ruolo del rapporto ossidante/combustibile, esempi di test, caratterizzazione morfologica della superficie esposta alla fiamma, definizione di perdita di massa e tasso di erosione, sistemi di misura del tasso di erosione post testing e real time; • Caratterizzazione avanzata dei materiali TPS mediante banchi di prova basati su motori a propellenti liquidi, solidi, sistema di test del NASA MSFC, banchi su motori ibridi, analisi a raggi X dei materiali TPS. • Materiali TPS ultra leggeri: Lightweight Ceramic Ablators, Phenolic Impregnated Carbon Ablators, metodi di produzione; • Introduzione alla modellazione dei fenomeni ablativi: introduzione alla matematica governante la degradazione dei materiali, cinetica di degradazione (metodi di Friedman, Ozawa, etc), legge di Arrhenius determinazione dei parametri cinetici mediante TGA, regola delle miscele, modellazione della conducibilità termica e capacità termica anche in funzione della temperatura, cenni alla erosione meccanica, differenze tra ablazione superficiale ed in volume.

Evoluzione della microstruttura ad alte temperature Scorrimento viscoso ad alte temperature Prove di creep e materiali resistenti al creep Fenomeni di ossidazione superficiale Fenomeni di decarburazione Fenomeni di infragilimento a bassa temperatura Acciai per pipelines: microstrutture Acciai per pipelines: microstrutture-proprietà Gii acciai inossidabili: generalità famiglie Gii acciai inossidabili: acciai per applicazioni energetiche Gii acciai inossidabili: applicazioni negli impianti a turbina Le leghe di alluminio: generalità Le leghe di alluminio: effetto degli elementi di lega Le leghe di titanio: generalità Le leghe di titanio: effetto degli elementi di lega Le leghe di titanio: famiglie e trattamenti termici Le leghe di rame: generalità Le leghe di rame: gli ottoni Le leghe di rame: i bronzi Le leghe di zinco Gli acciai FeSi

Energia nucleare (parte 1) Energia nucleare (parte 2) Energia nucleare (parte 3) I reattori nucleari (parte 1) I reattori nucleari (parte 2) I reattori per fusione nucleare Effetti dell'irraggimento nei metalli Previsione ed implicazioni del danno da irraggiamento Lo swelling da irraggiamento Il creep da irraggiamento Effetti dell'irraggimento sulle proprietà meccaniche Effetti dell' irraggiamento sulla composizione chimica localizzata I materiali per la fusione Gli acciai austenitici Gli acciai ferritico-martensitici Gli acciai ferritico-martensitici ad attivazione ridotta Leghe di Vanadio Il Berillio Il Tungsteno Materiali per il divertore

Esame orale

Esame orale

La prova consisterà in un colloquio orale in presenza nel quale verranno poste domande orali e/o scritte al candidato a discrezione del docente. Il voto è espresso in trentesimi. La prova viene considerata superata al raggiungimento del punteggio dei 18/30. La prova si svolge esclusivamente in presenza. Il suo superamento, propedeutico allo svolgimento della prova del cluster comporta il rilascio dell’Open Badge. Gli appelli si svolgono nell’arco del calendario didattico dell’o¿erta formativa nello stesso numero delle prove d’esame del Cluster. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa.

La prova consisterà in un colloquio orale in presenza nel quale verranno poste domande orali e/o scritte al candidato a discrezione del docente. Il voto è espresso in trentesimi. La prova viene considerata superata al raggiungimento del punteggio dei 18/30. La prova si svolge esclusivamente in presenza. Il suo superamento, propedeutico allo svolgimento della prova del cluster comporta il rilascio dell’Open Badge. Gli appelli si svolgono nell’arco del calendario didattico dell’o¿erta formativa nello stesso numero delle prove d’esame del Cluster. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa.

L'esame si compone di una prova orale volta all’accertamento della conoscenza degli argomenti svolti.

L'esame si compone di una prova orale volta all’accertamento della conoscenza degli argomenti svolti.

• Mohanty, A. K., Misra, M., & Drzal, L. T. (2005). Natural Fibers, Biopolymers, and Biocomposites. CRC Press. - Articoli e review fondamentali sui Vitrimers e reti dinamiche - Articoli scientifici recenti forniti dal docente riguardanti la chimica delle reti dinamiche e i nanomateriali ibridi.
• Yu, L. (2009). Biodegradable Polymer Blends and Composites. John Wiley & Sons. - Normative tecniche di riferimento (UNI EN 13432, ASTM D6400) e dispense fornite dal docente.
• P.K. Mallick, Fiber-Reinforced Composites: Materials, Manufacturing, and Design, CRC Press, [3 or 4 ed.]. - Ronald Gibson, Principles of Composite Material Mechanics, McGraw-Hill Science/Engineering/Math. - G.F. D'Alelio and J. A. Parker, Ablative Plastics, 1971. - Frank P. Incropera, David P. DeWitt, Theodore L. Bergman, Adrienne S. Lavine, Fundamentals of Heat and Mass Transfer [6 ed.]. Altro materiale fornito dal docente.
• P.K. Mallick, Fiber-Reinforced Composites: Materials, Manufacturing, and Design, CRC Press, [3 or 4 ed.]. - Ronald Gibson, Principles of Composite Material Mechanics, McGraw-Hill Science/Engineering/Math. - G.F. D'Alelio and J. A. Parker, Ablative Plastics, 1971. - Frank P. Incropera, David P. DeWitt, Theodore L. Bergman, Adrienne S. Lavine, Fundamentals of Heat and Mass Transfer [6 ed.]. Altro materiale fornito dal docente.

Materiale didattico comprendente diapositive delle lezioni, testi e soluzione degli esercizi proposti, tabelle, video ed altro è disponibile attraverso la piattaforma Unistudium.

Materiale didattico comprendente diapositive delle lezioni, testi e soluzione degli esercizi proposti, tabelle, video ed altro è disponibile attraverso la piattaforma Unistudium

Lo scopo del corso è quello di fornire allo studente le conoscenze scientifiche ed ingegneristiche necessarie all'analisi delle criticità e potenzialità delle biomasse di scarto, al fine di valutare il trattamento più idoneo in una logica sostenibile e di economia circolare.

Comprendere i principi termodinamici che regolano la miscibilità dei polimeri e i meccanismi chimico-fisici alla base dei diversi processi di riciclo. - Saper selezionare l'agente compatibilizzante o la strategia di riciclo più idonea a partire da un rifiuto plastico eterogeneo o da uno scarto industriale specifico. - Valutare criticamente la sostenibilità economica e ambientale di un processo di riciclo (es. riciclo meccanico vs. riciclo chimico) su scala industriale.

Conoscenza approfondita della raffineria convenzionale, in termini di energia prodotta, processi realizzati e relative soluzioni tecnologiche ed impiantistiche. Confronto ti tale filiera con altre tipologie di raffineria: da carbone e da biomasse.

Lo scopo del corso è quello di fornire allo studente le conoscenze scientifiche ed ingegneristiche necessarie alla comprensione, analisi e progettazione dei processi biologici industriali in una logica sostenibile e di economia circolare.

• Comprendere le barriere chimico-fisiche intrinseche nel riciclo dei termoindurenti (presenza di reticolazione) e le dinamiche di degradazione termica e biologica dei nuovi materiali polimerici. - Saper progettare una filiera logistica e tecnologica per la valorizzazione di manufatti multi-materiale (come i RAEE o i pneumatici) separando efficacemente matrici polimeriche, metalli e cariche. - Saper determinare se per un dato biopolimero o rifiuto speciale sia ambientalmente preferibile il riciclo meccanico, il compostaggio industriale o la pirolisi.

Il programma del corso prevede lo studio approfondito delle caratteristiche chimiche e chimico-fisiche di differenti tipologie di biomasse, quali scarti agricoli e agroindustriali, rifiuti solidi urbani, fanghi di depurazione.

Il corso affronta lo studio delle miscele polimeriche, analizzando i problemi di termodinamica della miscibilità, la morfologia delle fasi e le strategie di compatibilizzazione per migliorare le proprietà meccaniche dei materiali finali. Nella seconda parte, il corso approfondisce le quattro strategie fondamentali di riciclo delle materie plastiche (primario, secondario, terziario e quaternario), valutandone la fattibilità tecnica, l'impatto energetico e l'inserimento nei modelli di economia circolare.

Contesto energetico e ruolo attualmente ricoperto dalle fonti energetiche convenzionali; Raffineria: descrizione dei flussi di materia in ingresso ed in uscita; Principali processi di raffineria per la trasformazione del greggio; Processi di raffineria per l'abbattimento degli inquinanti; Principali chemicals ottenuti da processi di raffineria; Raffineria da carbone; Bioraffineria; Confronto tra le differenti tipologie di raffineria, in termini di processi, impatti ed opportunità.

Nella moderna Ingegneria di processo un ruolo centrale assumono i processi biologici che portano all'impiego sostenibile di risorse naturali rinnovabili per l’ottenimento di nuovi materiali e/o di energia. Il programma prevede lo studio dei trattamenti biologici o chimici di rifiuti o effluenti per ricavarne energia e/o nuove risorse, per poi passare ad applicazioni industriali di processi sostenibili. Tra questi verranno esaminati alcuni esempi di bioraffineria per la produzione di bioetanolo, bio-olio, biodiesel. Inoltre, si prenderanno in considerazione i processi anaerobici per la produzione di biogas da biomasse di differente natura e i processi integrati anaerobico-aerobico di trattamento dei rifiuti solidi urbani che portano alla produzione di biometano e fertilizzanti compostati. Per quanto riguarda gli impianti di trattamento dei reflui inquinati, verranno descritti i processi a fanghi attivi e i processi biologici e chimici per la rimozione di azoto e fosforo.

Il corso esplora le strategie d'avanguardia per il trattamento di flussi di rifiuti non convenzionali e tecnologicamente complessi. Vengono analizzati i processi di recupero dei materiali termoindurenti (es. compositi in fibra di carbonio/vetro), la logistica e le tecnologie di riciclo dell'EPS (polistirene espanso), il recupero di gomma e frazioni carboniose da PFU (Pneumatici Fuori Uso), e i processi metallurgici e polimerici per i RAEE (Rifiuti di Apparecchiature Elettriche ed Elettroniche). L'ultima parte del corso è dedicata alla gestione del fine vita dei biopolimeri (biodegradabili, compostabili e bio-based).

Conoscenze acquisite nel corso di Chimica.

Concetti generali di termodinamica. Conoscenza dei principali componenti degli impianti industriali. Nozioni di base di chimica organica.

Conoscenze acquisite nel corso di Chimica.

Basi di Tecnologia dei Materiali Polimerici, con particolare riferimento alla differenza strutturale tra termoplastici e termoindurenti, oltre a nozioni elementari di chimica organica.

L'insegnamento prevede: - lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso; - esercitazioni in aula volte alla corretta applicazione dei concetti studiati. Durante tutto il corso si cerca di abituare lo studente a ragionare non solo in maniera qualitativa sui fenomeni studiati, ma anche quantitativamente, valutando le grandezze fisiche e chimiche coinvolte. Questo viene fatto oltre che tramite le lezioni frontali teoriche anche attraverso dimostrazioni pratiche di laboratorio e visite guidate.

Il corso è articolato in lezioni frontali con l'ausilio di presentazioni Powerpoint

Il corso è strutturato in: 1) lezioni frontali in aula su tutti gli argomenti del programma con confronto con gli studenti; 2) lezioni frontali a carattere seminariale con supporto del proiettore; 3) attività pratiche in laboratorio.

Ciascun modulo di cui è composto l'insegnamento prevede: - lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso; - esercitazioni in aula volte alla corretta applicazione dei concetti studiati per la risoluzione di esercizi numerici e di problemi pratico-applicativi. Durante tutto il corso si cerca di abituare lo studente a ragionare non solo in maniera qualitativa sui fenomeni studiati, ma anche quantitativamente, valutando le grandezze fisiche e chimiche coinvolte. Questo viene fatto oltre che tramite le lezioni frontali teoriche anche attraverso dimostrazioni pratiche di laboratorio e visite guidate a reattori prototipo e industriali.

Il corso è articolato in lezioni frontali con l'ausilio di presentazioni Powerpoint

Il programma del corso prevede lo studio delle diverse tipologie di biomasse, con particolare riferimento a quelle di scarto, quali scarti agricoli e agroindustriali, rifiuti solidi urbani e fanghi di depurazione. Nello specifico, saranno esaminate le potenzialità e le criticità delle biomasse allo scopo di individuare il metodo migliore di trattamento in termini di sostenibilità ambientale ed economica. Nello specifico, saranno affrontate le seguenti tematiche: - gestione sostenibile delle risorse; - classificazione e caratteristiche delle biomasse; - valorizzazione delle biomasse di scarto per la produzione di energia, fertilizzanti e molecole di alto valore.

• Termodinamica delle miscele polimeriche: energia libera di miscelamento, teoria di Flory-Huggins, diagrammi di fase (UCST e LCST). - Morfologia delle miscele immiscibili ed evoluzione della fase durante la lavorazione. - Compatibilizzazione fisica: copolimeri a blocchi e ad innesto come tensioattivi polimerici. - Compatibilizzazione reattiva: reazioni in situ durante l'estrusione (estrusione reattiva). - Riciclo Primario (In-plant recycling): Rilavorazione degli scarti industriali pre-consumo puliti. - Riciclo Secondario (Meccanico): Gestione del post-consumo; fasi di selezione, lavaggio, macinazione ed estrusione. Il problema della degradazione termo-meccanica. - Riciclo Terziario (Chimico): Depolimerizzazione (glicolisi, idrolisi, pirolisi, gassificazione) per il recupero di monomeri o frazioni idrocarburiche. - Riciclo Quaternario (Recupero energetico): Incenerimento con recupero di calore/energia; analisi del potere calorifico dei diversi polimeri e abbattimento fumi.

L'industria chimica. Breve storia dei prodotti chimici inorganici e organici. Struttura dell'industria chimica. Materie prime e contesto energetico (consumo e riserve di combustibili fossili; biomassa come alternativa ai combustibili fossili; composizione dei combustibili fossili e delle biomasse). Concetti generali di chimica organica. Concetti generali sulla catalisi. Processi nella raffineria di petrolio: - Panoramica generale con flussi di massa ed energia in ingresso e in uscita; - Processi fisici: desalting e dehydration, distillazione del greggio e deasphalting con propano; - Processi termici: visbreaking, delayed coking e flexicoking; Processi catalitici: definizione di numeri di ottano e cetano; cracking catalitico; reforming catalitico; alchilazione; idroprocessing; Produzione di gas di sintesi: - Gas di sintesi da gas naturale, reazioni e termodinamica; Processo di steam reforming; - Processo di reforming autotermico; Concetti generali sulla gassificazione del carbone; - Pulizia e condizionamento del gas di sintesi (rimozione dei gas acidi, reazione di water-gas shift, metanazione) Prodotti chimici di base e combustibile sintetico derivato dal gas di sintesi: - Ammoniaca; - Metanolo; Combustibili sintetici e additivi per carburanti. Introduzione alla bioraffineria.

Il programma del corso prevede lo studio di applicazioni industriali di processi sostenibili; tra questi verranno esaminati alcuni esempi di bioraffineria per la produzione di bioetanolo, bio-olio, biodiesel; inoltre, si prenderanno in considerazione i processi anaerobici per la produzione di biogas da biomasse di differente natura e i processi integrati anaerobico-aerobico di trattamento dei rifiuti solidi urbani che portano alla produzione di biometano e fertilizzanti compostati. Per quanto riguarda gli impianti di trattamento dei reflui inquinati, verranno descritti i processi a fanghi attivi e i processi biologici e chimici per la rimozione di azoto e fosforo.

• Riciclo dei Termoindurenti e Materiali Compositi - Processi meccanici (macinazione e riutilizzo come carica); - Processi termici (pirolisi e letto fluido per il recupero di fibre di carbonio ad alto valore); - Processi chimici (solvolisi e fluidi supercritici). - Polistirene Espanso (EPS): Problematiche logistiche legate alla densità apparente; Tecnologie di compattazione meccanica e dissoluzione selettiva in solventi verdi. - PFU: Struttura del pneumatico (gomma vulcanizzata, acciaio, fibre tessili); Processi di triturazione meccanica e criogenica; Polverino di gomma e sue applicazioni (asfalti modificati, isolamento acustico); Pirolisi del PFU per il recupero di carbon black e oli transizionali. - Rifiuti di Apparecchiature Elettriche ed Elettroniche (RAEE) - Classificazione dei RAEE (R1-R5) e quadro normativo. - Tecniche di smantellamento, separazione densimetrica e magnetica delle plastiche ingegneristiche (ABS, PC, HIPS) contenenti ritardanti di fiamma bromurati (BFR) e strategie per la loro rimozione. -Biopolimeri e Plastiche Bio-based - Definizioni e classificazioni: bio-based vs. biodegradabili/compostabili - Il fine vita dei biopolimeri: riciclo meccanico e problemi di contaminazione dei flussi di plastiche tradizionali; - Degradazione in ambiente controllato (compostaggio industriale) e biodegradabilità in ambiente marino.

L'esame prevede una prova orale della durata di circa 20-30 minuti tesa a verificare le competenze acquisite in autonomia di giudizio da parte dello studente. La valutazione finale verrà effettuata dalla Commissione in trentesimi, facendo la media dei voti ottenuti dal candidato in ciascuno dei moduli di cui è costituito l'insegnamento. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

L'esame consiste in una prova orale suddivisa in due parti: - Discussione di un breve approfondimento (tesina o presentazione) su un processo industriale di compatibilizzazione o riciclo scelto dallo studente. - Domande teoriche sul programma del corso

La verifica degli obiettivi formativi dell’insegnamento prevede una prova orale. Essa consiste in una discussione di durata compresa tra i 20 e i 40 minuti, finalizzata ad accertare il livello di conoscenza dei contenuti teorici e metodologici forniti e dettagliati nel programma. La prova orale ha anche l’obiettivo di verificare la capacità di comunicazione e di sintesi organica, nonché la proprietà di linguaggio dello studente in relazione agli argomenti teorici e pratici trattati. La valutazione finale verrà effettuata in trentesimi dalla commissione. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

L'esame prevede una prova orale che consiste in un colloquio della durata di circa 20-30 minuti tesa a verificare le competenze acquisite in autonomia di giudizio da parte dello studente. La valutazione finale verrà effettuata dalla Commissione in trentesimi, facendo la media dei voti ottenuti dal candidato in ciascuno dei moduli di cui è costituito l'insegnamento. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

Colloquio orale

Materiale didattico fornito dal docente.

• La Mantia, F. P. (2020). Handbook of Plastics Recycling. Rapra Technology (Edizione aggiornata). - Utracki, L. A. (2002). Commercial Polymer Blends. Springer. - Articoli scientifici, report di settore (es. PlasticsEurope) e slide fornite dal docente sulla

Jacob A. Moulijn, Michiel Makkee, Annelies E. van Diepen, "Chemical Process Technology" Wiley

Materiale didattico fornito dal docente.

• Pickering, S. J. (2016). Recycling of Thermoset Composites. Elsevier Science. - Kutz, M. (2018). Applied Plastics Engineering Handbook: Processing, Materials, and Applications (Capitoli dedicati ai Biopolimeri e RAEE). - Linee guida tecniche e normative europee vigenti