Obiettivi formativi
Lo scopo di queste lezioni è di fornire allo studente una panoramica sulle proprietà fisiche dei principali materiali funzionali allo stato solido di interesse applicativo, basata su un approccio di tipo fenomenologico. Per materiali funzionali si intendono materiali classificati sulla base della funzione che essi possono eseguire, piuttosto che sulla loro origine, sulla natura del legame chimico o del procedimento di preparazione. Questa schematizzazione risulta perciò sostanzialmente differente dall’approccio tradizionale che distingue i materiali in metalli, leghe, ceramici, vetri, ecc. I materiali funzionali presentano proprietà utilizzabili dal punto di vista tecnologico che possono essere sensibilmente controllate da variazioni nei parametri esterni (temperatura, stress, campi elettrici, campi magnetici, radiazione, .). In particolare la ricerca attuale è concentrata su materiali che mostrano un forte accoppiamento tra diversi gradi di libertà, ad esempio strutturali, elettrici, magnetici, ottici, ., in modo da presentare caratteristiche di multi-funzionalità. Le applicazioni dei materiali funzionali spaziano dal campo dell’elettronica a quello dei sensori e degli attuatori, alla conversione di energia nelle sue varie forme, all’immagazzinamento dei dati e dell’energia.
Prerequisiti
Si richiede che lo studente abbia seguito gli insegnamenti di Fisica 1 (meccanica e termodinamica), Chimica, Fisica 2 (elettromagnetismo e ottica), Meccanica analitica e statistica e Fisica 3 (passaggio dalla fisica classica alla meccanica quantistica).
Contenuti dell'insegnamento
Le prime lezioni del corso riguardano la definizione e la classificazione dei materiali funzionali in base alle loro proprietà fisiche ed alle loro applicazioni, e argomenti di carattere generale quali la struttura dei materiali allo stato solido, i difetti, le transizioni di fase. In tali lezioni vengono pure introdotti alcuni importanti concetti come quello di materiale nanostrutturato, composito, con struttura smart e multi-funzionale. Inoltre sono descritti sommariamente i principali metodi fisici di preparazione dei materiali allo stato solido, sia in forma massiva che nanostrutturata.
Le lezioni successive sono rivolte all’approfondimento di specifiche proprietà fisiche dei materiali funzionali, con la descrizione delle corrispondenti classi di materiali e delle loro applicazioni. In particolare sono trattate le proprietà meccaniche, dielettriche, elettromagnetiche, ottiche, di conduzione elettrica, magnetiche e termiche. Tra i possibili esempi di materiali funzionali discussi durante queste lezioni si possono citare ferroelettrici, piezoelettrici, semiconduttori, superconduttori, ferromagneti, ferroelastici, fotoconduttori e materiali a memoria di forma.
Nell’ultima parte del corso sono presentati in forma di esempi alcuni casi di materiali multi-funzionali con interessanti prospettive applicative, che sono attualmente oggetto di ricerca nell’ambito della Fisica dei Materiali. Tra i possibili esempi trattati, si possono citare i sistemi multiferroici e i materiali per spintronica.
Programma esteso
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Bibliografia
Dispense del docente
W. Smith, J. Hashemi, Scienza e tecnologia dei materiali, 4ed, McGraw-Hill Education, Milano 2012; ISBN-13: 978-88-386-6765-7
D. D. L. Chung, Functional materials, World Scientific Publishing Co., Singapore 2010; ISBN-10: 981-4287-16-4
H. Fredriksson and U. Åkerlind, Physics of Functional Materials, J. Wiley & Sons, Ltd., Chichester, England 2008; ISBN-13: 978-0-470-51757-4
Metodi didattici
Lezione frontale con ausilio di strumenti audio-visivi multimediali. Le slides delle lezioni saranno rese disponibili sulla pagina web del corso su CampusNet.
Modalità verifica apprendimento
Le conoscenze acquisite e la capacità di comprensione dei concetti trattati sono verificati attraverso un esame orale. L’esame orale consiste nella discussione e nell’approfondimento di argomenti scelti nell’intero programma del corso.
Altre informazioni
Orario di ricevimento: su appuntamento
