Parte 1

Informazioni sul documento

Università: Politecnico di Milano
Corso di laurea: Biomedical Engineering
Materia: Bioingegneria Chimica
Classificazione: Appunti · Divisi per argomento
Formato originale: PDF
Testo: Testo ricercabile

Cosa trovi in questo materiale

Materiale diviso per argomento di Bioingegneria Chimica per il corso di Biomedical Engineering presso Politecnico di Milano. Il documento tratta: PARTE 1 — INTRODUZIONE AI MATERIALI 1. Che cos'è un materiale? La materia può trovarsi nei tre stati: solido – liquido – vapore Ma non tutta la materia viene automaticamente considerata un materiale in senso ingegneristico. Nelle slide un materiale viene definito come un:…

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PARTE 1 — INTRODUZIONE AI MATERIALI 1. Che cos'è un materiale? La materia può trovarsi nei tre stati: solido – liquido – vapore Ma non tutta la materia viene automaticamente considerata un materiale in senso ingegneristico. Nelle slide un materiale viene definito come un: aggregato di atomi o molecole che, grazie alla presenza di opportuni legami chimici o fisici, riesce a reagire adeguatamente a sollecitazioni meccaniche, fisiche o chimiche, permettendone l'utilizzo per realizzare oggetti, componenti e strutture. Quindi il concetto importante è: atomi/molecole → legami → struttura → capacità di rispondere agli stimoli → possibile applicazione Per esempio, se voglio costruire una protesi d'anca, non mi interessa semplicemente trovare una sostanza solida. Mi serve un materiale che abbia determinate caratteristiche meccaniche, chimiche e biologiche. 2. Materiali e storia dell'uomo La storia dell'uomo viene addirittura suddivisa in epoche sulla base dei materiali utilizzati: Età della pietra → materiali naturali: pietra, argilla, legno, pelli. Età del bronzo → compare un concetto fondamentale: la lega. Una lega è ottenuta combinando più elementi per ottenere proprietà differenti/migliori rispetto ai singoli componenti. Età del ferro → compare la tempra, cioè la capacità di modificare le proprietà di un materiale intervenendo sul processo di lavorazione. Età dei materiali avanzati → oggi non ci limitiamo a usare i materiali disponibili in natura: cerchiamo di progettare materiali con proprietà specifiche. Il futuro dei materiali Le slide citano: • nanomateriali e nanodevice → miniaturizzazione; • materiali intelligenti → modificano le proprie caratteristiche in risposta a stimoli; • materiali ecocompatibili → attenzione alla degradazione e alla degradazione programmata; •…

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legato covalentemente con elementi come: H, O, N, Cl, S. Possono presentare diversi gradi di cristallinità. Compositi Si combinano materiali appartenenti alle classi precedenti in maniera da unire le rispettive proprietà in modo sinergico. In altre parole: materiale A + materiale B → materiale composito con combinazione utile delle proprietà 6. Molecole e legami La slide definisce una molecola come un: aggregato di atomi uniti da legami covalenti che formano una struttura indipendente. Il grafico triangolare della slide serve invece a far capire che le diverse classi di materiali non sono caratterizzate necessariamente da un solo tipo di legame. Ai vertici trovi: covalente – metallico – ionico e compare anche il contributo dei legami secondari. Le varie classi si collocano in zone differenti perché possono avere contributi diversi dei vari tipi di legame. 7. Struttura morfologica: cristallino vs amorfo Qui passiamo dalla semplice composi zione atomica alla disposizione nello spazio. Possiamo avere, tra le altre, due situazioni: CRISTALLINO Gli atomi/molecole sono organizzati secondo un ordine regolare e periodico. Immaginalo come le piastrelle mostrate nella slide: Hai un motivo che continua a ripetersi. AMORFO Non esiste la stessa periodicità a lungo raggio.

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Le regioni che separano due grani vengono chiamate: BORDI DI GRANO e rappresentano un difetto di superficie Le fotografie delle pietre nelle slide sono un'analogia: ogni pietra rappresenta un grano e le linee che separano le pietre ricordano i bordi di grano. 11. Isotropia e anisotropia Materiale isotropo Ha le stesse proprietà in tutte le direzioni. Per esempio, idealmente: → proprietà = X ↑ proprietà = X ↗ proprietà = X Materiale anisotropo La proprietà cambia a seconda della direzione Per esempio: → resistenza elevata ↑ resistenza minore Le slide collegano questo concetto alla cristallinità: struttura cristallina → anisotropia perché la disposizione degli atomi cambia a seconda della direzione cristallografica considerata. Un materiale policristallino, invece, può risultare macroscopicamente isotropo se i numerosissimi grani sono orientati casualmente: le differenze direzionali tendono a compensarsi. Però: policristallino + orientamento preferenziale dei grani → anisotropia. Esempio del diamante La durezza del diamante cambia a seconda della direzione cristallografica. Ed è proprio questa anisotropia che permette di tagliarlo/lavorarlo in determinate direzioni. Quindi anisotropia non significa semplicemente "materiale debole". Significa: la proprietà dipende dalla direzione in cui viene misurata.

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Dislocazione a vite La disposizione degli atomi assume una sorta di: rampa a spirale rispetto alla posizione ideale. Le slide la collegano all'applicazione di sforzi di taglio. 15. Perché le dislocazioni rendono deformabili i metalli? Questo è probabilmente il passaggio più importante della parte sui difetti. Se per deformare un cristallo dovessimo rompere contemporaneamente tutti i legami presenti lungo un intero piano, servirebbe uno sforzo enorme. Con una dislocazione, invece, lo scorrimento avviene progressivamente. La dislocazione si muove: posizione 1 → posizione 2 → posizione 3 → ... e ogni volta viene coinvolto solo un numero limitato di legami. Quindi: movimento dislocazione → scorrimento tra due piani atomici → rottura progressiva di pochi legami alla volta → serve uno sforzo relativamente basso → deformazione plastica più facile. Questa è la ragione microscopica per cui un metallo può essere piegato/deformato senza rompersi immediatamente. Le slide sottolineano infatti: METALLI → presenza/mobilità delle dislocazioni → deformazione plastica possibile mentre, nel modello didattico presentato: CERAMICI → non mostrano la stessa mobilità delle dislocazioni → deformazione plastica molto limitata/impossibile nelle condizioni considerate. 16. Difetti superficiali: bordi di grano Torniamo ai materiali policristallini. Durante la solidificazione, iniziano a formarsi cristalli in punti differenti.

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Solido cristallino Ordine periodico degli atomi/molecole. Solido policristallino Formato da numerosi cristalli/grani. Solido amorfo Manca un ordine sistematico a lungo raggio. Solido semicristallino Coesistono: zone cristalline + zone amorfe. È una situazione particolarmente comune nei materiali polimerici. Quindi la mappa finale da ricordare è: STRUTTURA MORFOLOGICA → cristallino → policristallino → semicristallino → amorfo PARTE 2 — STABILITÀ E USURA Passiamo al secondo PDF. 22. Che cos'è la stabilità? La slide definisce: STABILITÀ = mantenimento della performance di un materiale. Cioè un materiale è stabile se, durante il suo utilizzo, riesce a mantenere nel tempo il comportamento che gli chiediamo. Per esempio, una componente di una protesi deve continuare a svolgere la propria funzione senza deteriorarsi eccessivamente. La performance può essere compromessa da: PROCESSI MECCANICI → usura → fatica → creep PROCESSI CHIMICI

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