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Chimica dei Materiali

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MATERIALS CHEMISTRY

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Anno accademico 2014/2015

Codice dell'attività didattica
MFN1260
Docente
Prof. Elio Giamello (Titolare del corso)
Corso di studi
Scienza e Tecnologia dei Materiali
Anno
2° anno
Periodo didattico
Secondo semestre
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
CHIM/03 - chimica generale e inorganica
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Scritto ed orale
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Sommario del corso

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Obiettivi formativi

Acquisire familiarità con l’osservazione e la comprensione delle principali strutture solide di interesse nel campo dei materiali . Acquisire i concetti relativi alla chimica dei solidi con particolare attenzione a energia reticolare e difettistica. Collegare le proprietà generali ad applicazioni precise di materiali strutturali e funzionali.

 

 

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Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza degli elementi principali della chimica di stato solido, conoscenza dei materiali di tipo ceramico, conoscenza di alcune proprietà fondamentali dei materiali ( meccaniche, ottiche elettriche).

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame scritto + colloquio orale

Esame scritto + colloquio orale

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Programma

Introduzione ai Materiali.                                                                                   

Richiami alle strutture cristalline di riferimento. solidi binari e ternari.

Cenni di cristallochimica: legame chimico nei solidi. Solidi covalenti, ionici, metallici, molecolari.             

Solidi ionici. Esistenza e dimensione degli ioni. Principi generali che presiedono alla formazione di solidi ionici. Condizioni di formazione di un solido ionico: elettroneutralità locale, rapporto tra raggi ionici. L’energia reticolare nei solidi ionici. Equazioni di Born Landé e Born Mayer. Il ciclo termodinamico di Born-Haber. Elementi di transizione e cristalli ionici. Teoria del campo cristallino. Proprietà magnetiche degli ioni di transizione in cristalli. Energia di stabilizzazione di campo cristallino.         Il laser a rubino.                                                                     

DIFETTI PUNTUALI NEI CRISTALLI IONICI.

Tipologia dei difetti. Difetti puntuali intrinseci. Concentrazione di difetti in solidi ionici. La conducibilità ionica nei solidi. Conduttori fast-ion (ioduro d'argento, beta allumina, etc.)  e loro applicazioni. Materiali per batterie. Cenni alle celle a combustibile. I centri di colore. Difetti puntuali non stechiometrici. Soluzioni solide. Difetti aliovalenti e induzione di valenza.            

LEGAME CHIMICO E PROPRIETA’ ELETTRICHE DEI SOLIDI                                   

Cenni alle teorie sullo stato degli elettroni nei solidi cristallini. Conduzione elettronica nei metalli.  Cenni alla teoria dell’elettrone libero e alla teoria delle bande. Densità di stati. Conduttori metallici, isolanti, semiconduttori intrinseci. Semiconduttori estrinseci.  Superconduttori ad alta temperatura

MATERIALI CERAMICI

Ceramici tradizionali e silicati. I fillosilicati e le argille. I ceramici tradizionali.: composizione, tecnologie di preparazione. Casting. Processi di cottura. Trasformazioni fisiche e chimiche nella cottura. Ceramici avanzati o neoceramici. Refrattari e ceramici speciali.         

LEGANTI                                                                                         

Leganti aerei e idraulici . Il cemento Portland. Composizione dei cementi ordinari e processi di preparazione. Idratazione dei cementi. Proprietà fisiche e meccaniche dei cementi. Calcestruzzi e calcestruzzi armati.                                                           

 VETRI                                                                                                                                

Formazione di fasi vetrose per raffreddamento da fuso: la transizione vetrosa. Tendenza alla formazione di vetri Formatori e modificatori di reticolo  Composizione dei vetriLavorazione del vetro. Trattamenti termici su manufatti di vetro

ZEOLITI

Struttura dei principali sistemi zeolitici, proprietà delle zeoliti. Setacci molecolari, catalizzatori size selective                 

PROVE MECCANICHE SUI MATERIALI                                                            

Prove di trazione. Legge di Hooke e modulo di Young. Fase elastica e fase plastica. carico di snervamento e di rottura. Tenacità. Prove d’urto. Prove di fatica. Durezza Scorrimento viscoso o creep

TECNICHE DI SINTESI DI SOLIDI INORGANICI                                                                     

Il metodo sol-gel. Sintesi di un borosilicato sodico per via sol-gel. Metodi CVD e CVT          .Metodo idrotermale. Sintesi con microonde.                               

Introduction to materials

Structural aspects of solid materials. The main structural families.

Crystal chemistry. Chemical bond in solids.

 Ionic solids. Ions and their size. Pauling laws on ionic solids. Lattice energy and related equations. Born-Haber cycle. Crystal field theory. Magnetic properties of transitino metal ions. Crystal field stabilisation energy.

Point defects in ionic solids. Mobility of point defects and ionic conductivity. Fast ion conductors and their applications. Batteries, Fuel cells. Color centres. Non stoichiometric defects.

Chemical bond and electric properties. Semiconductors and extrinsic semiconductors. Superconductors.

Ceramic materials. Chemistry of silicates. Technology of ceramic preparation. Advanced ceramic materials. Cements. Portland cement, preparation, composition properties.

Glasses. The glass transition. Oxide glasses: composition and properties. Glass technologies.

Zeolites. Structure of zeolites. Properties: molecular sieves, size selective catalysts.

Mechanical properties of materials. Testing. Stress strain diagrams.

Advanced synthesis of inorganic solids. Sol gel synthesis. Chemical vapor deposition.

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Testi consigliati e bibliografia

Callister Scienza e Ingegneria dei Materiali. Dispense del Docente.

Callister Scienza e Ingegneria dei Materiali.

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Note

Tipologia Insegnamento

Lezioni Frontali

Frequenza

Frequenza non obbligatoria

Lectures.

Optional for the class lessons

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Ultimo aggiornamento: 18/05/2015 10:54
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