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Claudio FONTANESI

Professore Associato
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"

Insegnamento: Caratterizzazione Strumentale dei materiali

Ingegneria dei materiali (D.M.270/04) (Offerta formativa 2023)

Obiettivi formativi

Caratterizzazione Strumentale dei Materiali consta in un insegnamento da 12 CFU diviso in due moduli

MODULO 1
Il modulo 1 viene erogato durante il primo semestre del primo anno del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria dei Materiali. E ha come obiettivo di fornire allo studente gli elementi di base di chimica fisica in vista delle applicazioni di natura chimico-fisica nello studio dei materiali, delle superfici e delle interfasi.

MODULO 2
Il modulo 2 viene erogato durante il secondo semestre del primo anno del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria dei Materiali. E’ focalizzato sulle tecniche strumentali necessarie alla comprensione della natura chimica e della microstruttura di un materiale.
Acquisire le basi teoriche e pratiche per la caratterizzazione chimica e microstrutturale dei materiali.
Le ore di laboratorio hanno come obiettivo rendere gli studenti capaci di condurre esperimenti e di analizzarne e interpretarne i risultati, saper scegliere le tecniche d’indagine più opportune ed interpretarne i dati per dare risposta a possibili problemi in fase di produzione o d'uso dei materiali (controllo qualità delle materie prime in entrata, failure analysis, controllo qualità post produzione); in termini di comportamenti, infine, la parte di laboratorio dell’insegnamento sprona ad avere capacità relazionali e decisionali nonché capacità di lavoro di gruppo.

Prerequisiti

Modulo 1
Conoscenza operativa di elementi di analisi matematica, geometria, algebra, fisica classica.

Programma del corso

Modulo1
1) Proprietà macroscopiche di euqilibrio 3 CFU
2) Processi dipendenti dal tempo: cinetica chimica e dinamica 1 CFU
3) Proprietà dei materiali discusse sulla base di modelli microscopici. 1CFU
4) 3 sessioni di laboratorio legate alla misura di proprietà discusse nella parte di istituzioni 1CFU

Modulo 2
Standard normativi nella valutazione di un materiale. Campionatura e prove. Esecuzione delle prove ed espressione del risultato: teoria degli errori e preparazione delle relazioni.
Caratterizzazione morfologica e microstrutturale: principali tecniche diagnostiche.
L'attività appena descritta occupa solitamente 1 CFU - 9 ore.
Approfondimento della microscopia ottica ed elettronica. Esempi in laboratorio di preparazione di campioni per analisi metallografica al microscopio ottico ed microstrutturale al microscopio elettronico.
L'attività appena descritta occupa solitamente 3 CFU - 27 ore.
Caratterizzazione chimico-mineralogica: composizione chimica e composizione mineralogica (fasi cristalline): principali tecniche diagnostiche. Approfondimento delle spettroscopie EDS, XRF, ICP, IR e della Diffrazione a Raggi-X (XRD) per la determinazione delle fasi cristalline. Esempi di preparazione dei campioni per XRD, acquisizione di un diffrattogramma e relativa elaborazione.
L'attività appena descritta occupa solitamente 2 CFU - 18 ore.

Metodi didattici

Lezioni frontali (presentazioni in power point) che coprono la formazione teorica necessaria. Il materiale didattico costituito dalle presentazioni focalizzate su ciascun singolo argomento viene fornito sempre prima di ciascuna lezione. Sono previste alcune 3 sedute di laboratorio durante le quali verranno illustrate le preparative dei campioni e i risultati ottenibili dalla microscopia ottica, elettronica (SEM) e dalla diffrazione a raggi-X. Durante queste sessioni, gli studenti vengono a contatto con strumentazioni scientifiche di ultima generazione utilizzate su campioni reali, che coprono tutte le classi dei materiali.
La lingua del corso è l'italiano.

Testi di riferimento

MODULO 1
- Termodinamica, Callen.
- Chemical Thermodynamics, Kirkwood Oppeheim.
- Appunti del docente

MODULO 2
- J. Goldstein et al., Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis, 3rd edition, 2003, Kluwer Academic, ISBN: 0-306-47292-9
- D. Brandon & W. D. Kaplan, Microstructural Characterization of Materials, 2nd edition, 2008, Wiley, ISBN 9780470027851
- Y. Leng, Materials Characterization, 2nd Edition, 2013, Wiley, ISBN: 978-3-527-33463-6
- presentazioni power point messe a disposizione del docente (power point presentations provided by the professor)

Verifica dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento avverrà in maniera indipendente nei due moduli. Le valutazioni numeriche dei due moduli saranno generate in modo separato e la votazione finale del corso di Caratterizzazione Strumentale dei Materiali consisterà nella media numerica delle due valutazioni.

MODULO 1
Esame orale che verterà sugli argomenti presentati e discussi a lezione
e sulle esperienze di laboratorio

MODULO 2
Nello specifico del modulo descritto in questa pagina, la verifica dell’apprendimento avviene attraverso un esame orale di 1 ora su tutta la parte teorica. Allo studente non sarà permesso l’utilizzo di appunti. L'inizio dell'esame consiste nel discutere le possibili tecniche di caratterizzazione chimica e microstrutturale utilizzabili su un campione di materiale fornito dal docente e sconosciuto allo studente. L’esame prosegue poi spaziando sulla gran parte degli argomenti del corso, per un totale di 3-4 macro argomenti trattati. Il punteggio finale sarà in 30esimi, con eventuale lode. Nell’attribuzione del punteggio di questo esame verrà valutato il livello delle conoscenze teoriche acquisite (40%), la capacità di ragionare sugli ordini di grandezza delle scale in gioco (lunghezza, energia, concentrazione di una sostanza; 15%), la capacità di collegamento tra i vari argomenti trattati (15%), la capacità di deduzione e chiarezza logica (15%) e la correttezza del linguaggio tecnico utilizzato (15%).

Risultati attesi

Conoscenza e comprensione - Tramite lezioni frontali in aula, lo studente apprende quali sono le principali tecniche di caratterizzazione chimica e microstrutturale con cui analizzare un materiale. Lo studente potrà quindi imparare ad approfondire la correlazione tra microstruttura/struttura atomica e le proprietà dei materiali, trovando indizi sui processi di trasformazione che i materiali hanno subito. Capacità di applicare conoscenza e comprensione - Tramite le sessioni di laboratorio, lo studente potrà portare avanti la preparativa per l’analisi dei materiali, comprendere in situ il funzionamento degli strumenti spiegati in classe e analizzare i dati ottenuti. Sarà possibile applicare le conoscenze acquisite applicando tecniche microscopiche e spettroscopiche ed effettuare failure analysis. Autonomia di giudizio - Lo studente sarà in grado di utilizzare le conoscenze acquisite per scegliere in modo tecnicamente adeguato quali analisi effettuare e in che ordine effettuarle, minimizzando i costi e ottenendo il massimo delle informazioni. Lo studente sarà in grado di leggere e comprendere letteratura/testi di base ed avanzati, migliorando le proprie capacità di selezione delle tecniche di caratterizzazione. Abilità comunicative - Lo studente acquisisce il linguaggio tecnico-specialistico che gli permetterà di dialogare con colleghi professionisti nell’ambito della caratterizzazione dei materiali e di tradurre concetti anche complessi in un linguaggio comprensibile al non-specialista, mantenendo la correttezza delle informazioni fornite. Il colloquio finale abilita a esprimere i concetti con linguaggio appropriato e conciso, sostenendo un contradditorio. Capacità di apprendimento - Le attività descritte consentono allo studente di acquisire gli strumenti metodologici per provvedere autonomamente al proprio aggiornamento tramite la letteratura inerente le tecniche di caratterizzazione dei materiali, in particolare focalizzate sulle proprietà microstrutturali.