MATERIALS SCIENCE | Università di Torino

MATERIALS SCIENCE

Scheda del corso
Anno Accademico di immatricolazione: 
2021/2022
Codice del corso di studio: 
0202M21
Tipo di corso: 
Laurea Magistrale
Classe di laurea: 
LM-53 - Classe delle lauree magistrali in Scienza e ingegneria dei materiali
Dipartimento di afferenza: 
CHIMICA
Durata in anni: 
2
Crediti: 
120
Sede didattica: 
TORINO
Lingua: 
Inglese

Insegnamenti

Anno di corso: 1

Anno di corso: 2

Obiettivi formativi

Il Corso di Laurea Magistrale in "Materials Science", ha come obiettivo la formazione di un laureato con solide competenze teorico-scientifiche sulle varie classi di materiali strutturali e funzionali, trattando sia gli aspetti di conoscenza di base che applicativi, con particolare attenzione alle strategie per uno sviluppo della società che sia sostenibile ed equo ed in stretta relazione all'ambiente produttivo locale, nazionale ed internazionale.

In dettaglio, il Corso di Laurea Magistrale si propone di fornire al laureato gli strumenti per: progettare, realizzare e caratterizzare le più svariate tipologie di materiali sia di natura sintetica che naturale e dei materiali compositi da essi derivabili, al fine di proporne applicazioni funzionali e strutturali innovative e capaci di rispondere ad un mercato sempre più esigente verso prodotti "smart", a basso impatto ambientale e con un particolare riguardo al risparmio energetico e delle risorse. Gli studenti svilupperanno inoltre capacità di progettazione di esperimenti e valutazione critica dei dati al fine di raggiungere una proposta di sviluppo tecnologico originale. Il corso di studi è interamente svolto in Inglese, al fine di sviluppare negli studenti capacità di comprensione ed espressione nella lingua utilizzata in ambito internazionale in ogni settore produttivo e di servizi, nonché nel contesto della ricerca di base ed applicata.

Per perseguire tali obiettivi, il percorso formativo è strutturato in tre periodi didattici, in cui la formazione teorica si alterna ed integra con le attività esercitative e laboratoriali e si conclude con un quarto periodo completamente dedicato alle attività di tesi, che si svolgeranno nei laboratori di ricerca dei dipartimenti di afferenza dei docenti che insegnano nel corso o in laboratori ad essi collegati, grazie a rapporti di collaborazione e scambio con centri di ricerca sia Nazionali che Internazionali.

Il primo periodo didattico è dedicato a: i) il consolidamento delle competenze di base relative al formalismo della meccanica quantistica, indispensabili per la comprensione delle proprietà fondamentali dei materiali e della fisica dello stato solido; ii) una rassegna dei principali settori di applicazione dei materiali organici, che rappresenterà il punto di partenza per descriverne le proprietà chimico fisiche e proporre percorsi di sintesi specifici per ottenere i composti di interesse con un particolare riguardo agli aspetti della chimica verde, anche considerando l’uso di materie prime di scarto; iii) una introduzione ai materiali inorganici con particolare riferimento alle loro proprietà fotoelettrochimiche e fotofisiche, mettendo in risalto le relazioni proprietà-struttura a vari livelli di scala: dal nano al macro.

Il secondo periodo didattico sarà articolato in molteplici insegnamenti che saranno dedicati a: i) descrizione dei fondamenti della fisica avanzata dello stato solido, con un focus specifico sulle proprietà ottiche, dielettriche ed elettriche dei cristalli, e sulle loro applicazioni in dispositivi elettronici e optoelettronici basati su semiconduttori; ii) un trattamento dettagliato della metallurgia, tramite una panoramica dei trattamenti quantitativi della termodinamica e della cinetica delle trasformazioni di fase nelle leghe, utilizzando modelli e pacchetti software appropriati. I concetti vengono applicati alla descrizione dettagliata di vari tipi di leghe per la produzione di manufatti sia di consolidato interesse industriale che in fase di sviluppo; iii) trattazione sintetica dei fondamenti dell'interazione sonda / materia per le principali sonde strutturali (fotoni a raggi X, neutroni, elettroni) e i vantaggi / limiti specifici della sonda. Il corso si propone una panoramica sui metodi di caratterizzazione più diffusi che fornisce (eventualmente con il supporto della teoria) informazioni dettagliate sulla struttura della materia in tutte le sue forme: solidi (cristallini e amorfi), liquidi e gas, materiali massivi e nanostrutturati; iv) acquisire una comprensione dei principali fenomeni che si verificano sulle superfici dei materiali, fondendo concetti fisici e chimici. Completando le conoscenze acquisite durante i corsi di Fisica dello Stato Solido e Cristallografia, il corso ambisce a dare una risposta alla domanda fondamentale: cosa succede alle proprietà di un solido infinito quando la periodicità reticolare termina su una superficie?

Nei corsi del primo semestre del secondo anno, (terzo periodo didattico) la formazione degli studenti sarà completata fornendo: i) visione completa del dominio dei materiali polimerici e della loro sostenibilità, facendo uno specifico rifermento ai principali polimeri biologici naturali e sintetici, sia per quanto riguarda la loro origine, struttura chimica e applicazioni; ii) uno studio di minerali e materiali simili ai minerali in quanto rappresentano la principale fonte di materie prime primarie e secondarie per l'industria; la biomineralizzazione e i materiali biomimetici, trattando le applicazioni mediche ed ambientali; iii) un metodo per la selezione e l'utilizzo di diversi materiali per applicazioni specifiche e per la valutazione dell'impatto ambientale di materiali, processi e prodotti tramite Life Cycle Analysis (LCA). Saranno inoltre introdotte le tecniche agli elementi finiti per simulare processi fisici nei materiali e verranno delineati i fondamenti di una trattazione teorica per il calcolo dei diagrammi di fase e delle proprietà termodinamiche dei materiali.
Gli studenti avranno infine a disposizione 8 CFU riservati alle attività a scelta autonoma. Il corso di studi offre specifici corsi che permettono di approfondire aspetti più di carattere fondamentale e teorico: i) predizione "in-silico" delle proprietà dei materiali; ii) Machine Learning e le sue applicazioni in Chimica ed in Scienza dei Materiali; oppure approfondire conoscenze di carattere strumentale e metodologico tramite i corsi: i) uso delle spettroscopie a base di raggi X, per la caratterizzazione delle molecole e dei Materiali; ii) atomi e molecole con proprietà magnetiche in scienza dei materiali; iii) uso di metodi di diffrazione avanzati per lo studio di casi applicativi reali; uso della chimica analitica per lo studio dei materiali ed i materiali per la chimica analitica; iv) Materiali per l’energia con la descrizione di specifici ambiti , come per esempio i superconduttori, i materiali per lo stoccaggio dell’idrogeno e per le batterie. In alternativa, gli studenti avranno la possibilità di svolgere un’attività di stage presso centri industriali sia in Italia che all’estero, grazie a specifici accordi stipulati con le imprese. Il costante incentivo verso gli scambi culturali con le altre istituzioni universitarie europee ed extra-europee è altresì sostenuto mediante la stipula di accordi in ambito mobilità Erasmus ed attraverso accordi diretti per lo svolgimento di tesi di laurea in laboratori di ricerca esterni.

Il secondo semestre del secondo anno è interamente dedicato a sviluppare attività di tirocinio, interno alle strutture universitarie o esterno, presso strutture pubbliche o private, per la formazione specialistica su argomenti direttamente connessi con quelli trattati nella prova finale e per l'inserimento dello studente in gruppi di lavoro e ricerca. Il percorso si conclude con l'elaborazione di un progetto sperimentale e la stesura di una tesi che potrà essere svolta anche presso laboratori o unità produttive aziendali. Nell’ambito delle strutture universitarie torinesi, gli studenti avranno a disposizione risorse strumentali e competenze del Centro Interdipartimentale di Superfici ed Interfasi Nanostrutturate (NIS). Il laureando potrà partecipare a progetti ed attività che sono in fase di sviluppo nelle industrie del territorio. Si segnalano la Piattaforma per l'Aerospazio, i Poli Regionali per l'innovazione (nuovi materiali, meccatronica, chimica sostenibile, idrogeno, tessile), Industria 4.0. Il Corso di Studi ha stabilito relazioni permanenti con le realtà locali dell'industria e dei servizi al fine di indirizzare i laureati nell'orientamento post-universitario. E' attivo un progetto didattico Erasmus-Mundus per l'uso di "large scale facilities" nella Scienza dei Materiali con la possibilità di tirocini presso grandi laboratori in numerosi paesi europei, Svizzera e Giappone.

Competenze attese

Conoscenza e capacità di comprensione: 

Il laureato magistrale possiederà una solida conoscenza delle più diffuse forme di organizzazione strutturale della materia e delle principali caratteristiche che ne conseguono a livello chimico e fisico. Avrà la capacità di ingegnerizzare i materiali in base alle relazioni struttura-proprietà. In particolare avrà familiarità con le proprietà dei materiali sia tradizionali che avanzati di varia natura, sia da un punto di vista composizionale: metalli, ossidi, organici-polimerici, compositi), ordine strutturale a lungo raggio (cristallini, amorfi) o per le specifiche proprietà che ne determinano le caratteristiche. Il laureato magistrale imparerà a valutare i costi energetici richiesti per la produzione e lavorazione dei materiali più comuni, riceverà anche nozioni inerenti alla reperibilità delle risorse ed al riciclo dei materiali ed al recupero delle materie prime.
Conoscerà le tecniche di progettazione, preparazione, caratterizzazione e testing, avvalendosi delle ampie dotazioni strumentali (strumentazione medio-grande e talvolta anche di infrastrutture di larga scala, quali sincrotroni, sorgenti di neutroni, microfasci ionici) disponibili nei laboratori di ricerca dove operano i docenti impegnati nei vari insegnamenti. Sarà inoltre a conoscenza delle moderne tecniche di simulazione e progettazione dei materiali, acquisendo anche le capacità di integrare studi teorici a lavori di tipo sperimentale. Poiché tutto il percorso formativo sarà svolto in lingua Inglese, il laureato magistrale sarà in grado di muoversi con disinvoltura nella consultazione di testi e articoli specialistici in lingua inglese e di collegare le nuove informazioni al contesto delle conoscenze già acquisite.

Le conoscenze e le capacità di comprensione si conseguono mediante: lezioni frontali, esercitazioni numeriche, studio di testi specialistici in lingua Inglese, consultazione della letteratura specialistica, inclusa quella brevettuale, tutorati ed esercitazioni in laboratorio. Strumenti didattici di verifica sono: esami orali, eventualmente preceduti da esami scritti, prove in itinere, soluzione individuale od in piccoli gruppi di problemi numerici, commento critico di articoli tecnici e scientifici.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: 

Il laureato magistrale avrà imparato ad usare la strumentazione di laboratorio usualmente necessaria per la preparazione, la caratterizzazione ed il testing di una vasta gamma di materiali e sarà anche in grado di operare autonomamente su attrezzature medio-grandi, dopo un breve corso di tutoraggio da parte di un utente esperto. Nei confronti di un problema concernente uno o più aspetti specifici di un materiale (sintesi, uso, raccolta a fine vita….) lo studente saprà individuare gli approcci più opportuni per affrontarlo e possibilmente risolverlo, orientandosi tra le varie classi di materiali, identificando i possibili candidati e verificando praticamente l'adeguatezza della soluzione ipotizzata. Sarà inoltre in grado di ipotizzare e progettare soluzioni innovative, contribuendo alla loro implementazione anche attraverso il ricoprimento di ruoli guida nella realizzazione dei nuovi processi e dei nuovi prodotti, agendo in stretta collaborazione con altre figure professionali qualificate, che abbiano ricevuto una formazione complementare.
Le capacità di applicare conoscenza e comprensione si conseguono mediante: esercitazioni in aula, in laboratorio, tirocini formativi, studio di casi riportati in letteratura, l’elaborazione di un progetto di prova finale. Strumenti didattici di verifica sono: la valutazione di relazioni scritte sulle esercitazioni compiute, la valutazione dei rapporti di lavoro sui casi analizzati (redatti individualmente o in piccoli gruppi), la valutazione della tesi svolta sotto la guida di docenti relatori.

Autonomia di giudizio: 

Il laureato magistrale sarà in grado di valutare l'affidabilità di informazioni specialistiche riguardanti gli svariati aspetti che riguardano i materiali, sia attraverso una conoscenza diretta, che grazie al confronto critico con il panorama delle conoscenze acquisite. Saprà anche identificare e reperire le eventuali informazioni mancanti per la formulazione di un giudizio tecnico e evidenziare le eventuali criticità di un progetto relativo ai materiali, con riferimento anche alle implicazioni economiche, la reperibilità delle risorse, gli impatti energetici e verso l’ambiente.
L'autonomia di giudizio sarà sviluppata attraverso l'interpretazione critica di prove di laboratorio anche complesse, di risultati sperimentali e della letteratura specialistica sia nelle esercitazioni curriculari che nella elaborazione della tesi. Strumenti didattici di verifica: l'autonomia di giudizio è verificata tramite le relazioni scritte e le esposizioni orali degli studenti sulle prove sperimentali eseguite e sulla letteratura consultata e tramite la valutazione della tesi presentata.

Abilità comunicative: 

Il laureato magistrale sarà capace di redigere un'ampia e dettagliata relazione tecnica relativa ad un problema di attualità concernente i materiali, argomentando tesi basate almeno parzialmente su studi e dati originali, raccolti durante i laboratori curriculari o nel corso della tesi. Saprà presentare pubblicamente i risultati del proprio lavoro con chiarezza di metodi e di contenuti e sarà in grado di sostenerli nel corso di una discussione con altri esperti del settore. Conoscerà il linguaggio tecnico specifico del proprio campo di interesse, con particolare riferimento alla lingua inglese (unica lingua veicolare usata nel corso di studi) sarà in grado di utilizzarlo per le proprie comunicazioni scritte ed orali, inserendosi con profitto anche in un ambiente di studio o lavoro di tipo internazionale. Infine utilizzerà sistematicamente nel proprio lavoro strumenti di comunicazione elettronica.
Le abilità comunicative dello studente sono coltivate attraverso la presentazione orale, scritta e con l'uso di strumenti elettronici delle conoscenze acquisite e dei propri elaborati.. Strumenti didattici di verifica: nelle valutazioni delle presentazioni orali, degli elaborati individuali e della tesi, la qualità e l'efficacia della comunicazione concorre autonomamente alla formazione del giudizio complessivo.

Capacità di apprendimento: 

Il laureato magistrale avrà raggiunto un buon grado di indipendenza, caratterizzato da un ampio ed approfondito quadro di riferimento della Scienza dei Materiali, che gli consentirà di identificare all'occorrenza nuove fonti di informazione, di reperirle autonomamente, di apprenderne direttamente i contenuti, redatti tipicamente in lingua inglese, e di saperli collocare in relazione al contesto generale delle proprie conoscenze. La maturità raggiunta gli consentirà di seguire con profitto convegni o seminari tecnici di aggiornamento, anche realizzati attraverso tecnologie innovative di comunicazione (ad esempio teleconferenze, web seminars, ecc). Potrà accedere a corsi di formazione di terzo livello.
Modalità di conseguimento: nel corso del ciclo di studi si svolgeranno seminari e presentazioni tecniche su argomenti di Scienza dei Materiali e visite aziendali allo scopo di ulteriormente aggiornare ed ampliare i contenuti degli insegnamenti già svolti. Per lo svolgimento degli elaborati sulle attività di laboratorio e della tesi lo studente farà ampio uso della letteratura internazionale e delle risorse disponibili sul web. Strumenti didattici di verifica: la verifica della capacità di apprendimento si svolge valutando i contenuti delle presentazioni orali, delle relazioni scritte, della tesi.

Prova finale

Caratteristiche della prova finale: 

La prova finale, partendo dalla formazione acquisita nel tirocinio (interno od esterno) ad essa direttamente collegato, prevede un'ampia attività, sperimentale o modellistica, su temi di ricerca di base e/o applicata. Alla sua conclusione è prevista la stesura della tesi. La tesi potrà essere svolta anche in collaborazione con enti esterni pubblici o privati e la sua presentazione dovrà avvenire nelle forme tipiche di un rapporto scientifico e/o professionale e sarà redatta in lingua inglese.