Fisica Dei Materiali Con Laboratorio 2017/2018

Programma del Corso di "Fisica dei Materiali" per la Laurea Triennale in Scienze dei Materiali

a.a. 2017-18

Introduzione alla Fisica e alla Ingegneria dei Materiali: classificazione dei Materiali, materiali Avanzati (Cap. 1)

Legami atomici nei solidi: Forze ed Energie di Legame, Legami interatomici primari e fisici. Molecole. (Cap. 2 dal par. 2.5)

La struttura dei solidi cristallini: Strutture cristalline, Polimorfismo e Allotropia, Sistemi cristallini, Reticolo diretto, cella unitaria convenzionale e unitaria, esempi di reticoli diretti bi e tridimensionali. Punti, direzioni, piani cristallografici, direzioni cristallografiche, densità lineare e planare. Materiali cristallini e non cristallini: policristalli, anisotropia, amorfi. Diffrazione dei raggi X (Cap.3+ Cap. 12 par. 12.2)

Imperfezioni nei solidi: Difetti puntuali. Imperfezioni miste. Accenni di microscopia e tecniche microscopiche. Determinazione della dimensione dei grani (Cap. 4 + Cap.12 par. 12.5)

Diffusione: meccanismi di diffusione, diffusione stazionaria e non stazionaria, fattori che influenzano la diffusione, diffusione nei semiconduttori (Cap. 5 + Cap. 12 par. 12.6)

Proprietà meccaniche nei metalli: sforzo e deformazione. Deformazione elastica. Anelasticità. Proprietà elastiche dei materiali. Prove di trazione, di taglio e torsione. Prove di compressione. Duttilità. Resilienza. Tenacità. Sforzo e trasformazioni reali. Durezza e prove di durezza. (cap. 6, tranne par. 6.11 e 6.12)

Dislocazioni e meccanismi per aumentare la resistenza: dislocazioni e deformazione plastica. Meccanismi di aumento della resistenza nei metalli. (Cap. 7)

La rottura: Frattura. Fatica. Scorrimento a caldo e creep. (Cap. 8 tranne par. 8.14 e 8.15)

Proprietà meccaniche e frattura nei ceramici (Cap. 12 par. 12.8, 12.9, 12.10, 12.11) + sinterizzazione (par. 13.11)

Polimeri: Cristallinità nei polimeri. Cristalli polimerici. Difetti nei polimeri. Diffusione nei materiali polimerici (Cap. 14, par. 14.11, 14.12, 14.13, 14.14) Comportamento meccanico dei polimeri e frattura. Meccanismi di deformazione e rafforzamento dei polimeri. (Cap. 15 tutti i paragrafi fino al 15.10 escluso)

Diagrammi di fase: definizione e concetti di base. Diagrammi di fase binari. Il sistema ferro-carbonio (Cap. 9)

Trasformazioni di fase. Variazione della microstruttura e delle proprietà delle leghe ferro-carbonio . Leghe a memoria di forma (Cap. 10 fino par. 10.7 escluso + paragrafo di approfondimento su leghe a memoria di forma)

Proprietà elettriche e ottiche dei materiali: Conduzione elettrica, Teoria di Drude per i metalli. Cenni sui semimetalli e semiconduttori. Conducibilità nei semiconduttori. Effetto Hall nell’ambito della teoria di Drude. (Cap. 18 da par. 18.2 a par. 18.8; par. 18.12, 18.13, par. 18.14; A.M. cap.1 pag. 2-15 ) Conduzione nei materiali ionici e nei polimeri (par. 18.16 e 18.17). Radiazione e.m. Interazione della luce con i solidi. Teoria macroscopica delle costanti ottiche. Proprietà ottiche dei metalli e dei non metalli. Oscillazioni libere nei metalli. Riflessione e assorbimento. Trasmissione e Colore. Opacità e Traslucenza (Cap. 21 fino a par. 21.10 incluso + A.M. da pag.16 a 20; semplificato da G.P.P. cap. XI par. 1 e par. 2) Polarizzazione, dipendenza dalla frequenza della costante dielettrica, rigidità dielettrica, Ferroelettricità e Piezoelettricità (Cap. 18, da par. 18.18 alla fine)

Proprietà magnetiche: Concetti di base, diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo. Ciclo di isteresi (Cap. 20 fino a par. 20.8 incluso)

Proprietà termiche: Capacità termica, Espansione termica, Conduttività termica, Tensioni termiche (Cap. 19)

- Esperienze di Laboratorio

1) Diffrazione di raggi X

2) Prove di trazione

3) Sinterizzazione

4) Esperimenti al microscopio elettronico in trasmissione

5) Realizzazione e caratterizzazione di una cella solare a base di nanotubi di carbonio e Si.

Il libro di testo è: "Scienza ed Ingegneria dei Materiali" Callister-Rethwisch (ove non altrimenti specificato si fa riferimento al libro di testo)

Alcuni argomenti sono semplificazioni da "Solid State Physics" Ashcroft-Mermin (indicato come A.M.) o da "Solid State Physics" Grosso, Pastori, Parravicini (indicato come G.P.P.)

Tutti gli argomenti del programma sono presenti nei documenti pdf delle lezioni scaricabili da parte degli studenti dal sito didatticaweb.