Elementi di scienza dei materiali e applicazioni
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Elementi di Scienza dei Materiali e Applicazioni. CNR-IMIP Paolo Ascarelli Area prioritaria di ricerca dichiarata d’interesse dalla CEE (VI Programma Quadro) e dal MIUR Marzo 2003. Analisi delle necessità di formazione scientifica

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Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Elementi di Scienza dei Materiali e Applicazioni

CNR-IMIP

Paolo Ascarelli

Area prioritaria di ricerca dichiarata d’interesse dalla CEE (VI Programma Quadro)

e dal MIUR

Marzo 2003


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Analisi delle necessità di formazione scientifica

Sostegno alla competitività in una economia della “conoscenza”

Sostegno all’emancipazione

Italia nella competizione tecnologica mondiale

Scenario attuale

L’evoluzione storica

Necessità della conoscenza scientifica

Elementi di Scienza dei materiali e Applicazioni

Introduzione ed evoluzione, definizioni

Le particelle metalliche nanostrutturate

Sommario


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Prologo

  • Significato e utilità della formazione di cultura scientifica in Italia: analisi e definizione dei bisogni, motivazioni e obiettivi della formazione


Analisi delle necessit

La necessità di mantenere la competitività dell’Italia in una economia e società basata sulla conoscenza

Fornire agli individui alcuni elementi della razionalità scientifica associati al metodo di approccio alla realtà come sostegno alla loro emancipazione

Analisi delle necessità

L’analisi individua due direttrici fondamentali


Mantenere la competitivit nell era della conoscenza

proporre al mercato “commodities”, ossia prodotti comuni a prezzi minori dei concorrenti

proporre al mercato prodotti esclusivi e appetibili con alto valore aggiunto Hi-Tech e conoscenza scientifica

Mantenere la competitività nell’era della conoscenza

  • Età nella quale il fattore dinamico di crescita verso il benessere di una società non è tanto il fare quanto il sapere

  • Il fluido vitale, il sangue, di questa nuova era è fatto di cultura, in particolare di cultura scientifica e formazione

Perché

Un Paese ha due leve su cui agire per migliorare la competitività

della propria economia sui mercati internazionali:


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Competitività dell’Italia


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Competitività dell’Italia

I parametri su cui si basa la stima della competitività di un Paese sono essenzialmente:

  • l’economia (costo della vita, consumi finali, valore aggiunto),

  • l’internazionalizzazione (bilancia dei pagamenti, tasso di cambio, importazione, protezionismo nazionale),

  • il governo (debito nazionale, efficienza dello Stato, politiche fiscali),

  • la finanza (costo del denaro, disponibilità di capitali, dinamismo dei mercati, efficienza del settore bancario),

  • le infrastrutture (infrastrutture di base, tecnologiche, ambiente, autosufficienza energetica),

  • la gestione (produttività, costo del lavoro, efficienza gestionale),

  • scienza e tecnologia (spesa e addetti in scienza e ricerca, gestione della tecnologia, ambiente scientifico),

  • la popolazione (caratteristiche, occupazione, qualità di vita, attitudini e valori)


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Globalizzazione

La globalizzazione delimita due aree geografiche:

  • Un’area con alto sviluppo e alta capacità di innovazione, grandi risorse finanziarie ed alto costo del lavoro

    Tale area impone i suoi nuovi prodotti e la sua cultura

  • Un’area a basso sviluppo e bassa capacità di innovazione

    Tale area è definitivamente dipendente dalla prima ed è più adatta ad una attività manifatturiera

  • L’Italia si trova al limite di questa seconda area


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Situazione economica odierna italiana

  • Circa il90% delle imprese italiane ha meno di 10 dipendenti

  • Il49% della popolazione occupata lavora in aziende con meno di 10 unità lavorative

  • Nell’industria, l’occupazione media è di 8.6 unità a fronte di 15 della media europea


Italia e hi tech

Italia e Hi-Tech

Esportazione Hi-Tech sul totale della manifattura nel 1997

Quota italiana nelle esportazioni mondiali Hi-Tech


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Aziende private

Ricerca scientifica e PIL

  • L’Italia spende circa lo 0.5% del PIL per la ricerca scientifica pubblica, quasi come Gran Bretagna e Germania e meno di Francia, U.S.A., Giappone

  • I nostri scienziati hanno una produttività simile ai colleghi

  • Ma le industrie italiane non credono e non necessitano di una scientificizzazione della produzione

  • Spesa sostenuta dalle industrie in % rispetto al PIL

  • L’Italia ha perso il treno dell’Hi-Tech


Ricerca in italia

Ricerca in Italia

  • La spesa pro-capite in ricerca ed il numero di ricercatori ogni 10.000 lavoratori sono circa la metà del valore medio dei maggiori Paesi europei

  • Nel periodo tra il 1990 e il 1997, l’aumento di ricercatori è stato del

  • La ricerca di base è fortemente sottodimensionata e praticamente inesistente nelle imprese

  • Oltretutto, il livello di istruzione secondaria superiore risulta essere

  • Su 100 persone con età compresa tra 25 e 64 anni si hanno in Italia solo 8 laureati contro una media OCSE pari a 13


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Motivazioni per acquisire elementi di razionalità e conoscenze scientifiche

  • La popolazione italiana è agli ultimi posti in Europa quanto a preparazione scientifica. Tale questione è stata ritenuta, in tempi recenti, di scarsa importanza dagli uomini di cultura italiani, in maggioranza lontani dalla scienza

  • Importanza della comprensione e della determinazione dei rapportifra la ricerca, l’istruzione, lo sviluppo economico e culturale e quindi del benessere futuro del Paese

  • Recupero di una dimensione razionale e culturale che in tempi recenti sembra non essere facilmente ottenibile e “concedibile” dal sistema

  • Riteniamo che gli individui debbano potersi dotare di alcuni strumenti che permettano loro di essere coscientidi una sempre maggiore pressione ad una loroomologazione e di conseguenza ad una loro incapacità di proporsi e progettarsi come individui, in modo da saper e poter individuare una strategia atta a migliorare le proprie condizioni di vita


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Concetto di conoscenza di F. Bacone (1627, La Nuova Atlantide):

  • La scienza come strumento di arricchimento e beneficio della vita umana, ripudio dell’esclusività della conoscenza, concetto ripreso dagli illuministi francesi autori dell’Enciclopedia (1750-1770)

  • La scienza come attività etica, ricerca laboriosa e sobria della verità, come metodo corretto di indagine in contrapposizione alle fantasie “grandiose e fumose” proprie della magia e della superstizione


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Concetto di Illuminismo secondo I. Kant (1784):

l’Illuminismo è l’uscita dell’uomo da una condizione di minorità di cui egli stesso è responsabile

Minorità è l’incapacità di servirsi del proprio intelletto senza la guida di altri

La responsabilità di tale minorità va attribuita all’uomo stesso quando la sua causa non risiede nell’intelletto, ma dipende dalla mancanza di determinazione e di coraggio nel servirsene

“Abbi il coraggio di servirti del tuo stesso intelletto!”


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Necessità odierna ed attualità dell’Illuminismo

L’Illuminismo come nostra motivazione riguardo la divulgazione della scienza e soprattutto del metodo scientifico, proposto per primo da Galileo

“…l’Illuminismo non è la caratteristica di un’epoca, ma un dovere etico da trasmettere da una generazione all’altra, quindi un compito infinito che si ripropone ogni volta che una fede, una visione del mondo, un’autorità, una propaganda tentano di far passare se stesse e i loro contenuti come verità assolute, a cui bisogna necessariamente aderire rinunciando ad indagare…”, U. Galimberti

La scienza come doverosità etica per l’emancipazione del genere umano dallo stato di minorità


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

La metafora dei lumi

La metafora dei “lumi” ha origini antiche; tra la fine del secolo XVII e la metà del XVIII acquistò nella coscienza dei protagonisti una nuova pregnanza simbolica. Il termine, carico di remote suggestioni religiose, passò gradualmente a significare l’uso laico della ragione nella ricerca filosofica e scientifica, fino a diventare la parola d’ordine di una èlite di intellettuali che si sentì investita di una missione comune: promuovere il sapere antimetafisico e fondato sui successi del metodo sperimentale, bandire i pregiudizi e le superstizioni, far trionfare lo spirito di tolleranza, illuminare le coscienze, diffondere in ogni strato sociale l’educazione e la cultura, riformare le istituzioni, limitare l’influenza delle Chiese sugli Stati e sull’educazione.

P.Casini, Introduzione all’Illuminismo


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Hunc igitur terrorem animi tenebrasque necesset non radii solis neque lucida tela diei discutiant, sed naturae species ratioque.

Lucrezio, “De rerum natura”, 146-148

Questi terrori, queste tenebre dello spirito, li devono dissipare non i raggi del sole, non i dardi luminosi del giorno, ma lo studio della natura e la sua comprensione.

Guidato passo a passo, Memmio, imparerai senza grande fatica a penetrare tutte queste verità; la chiarezza ti risplenderà dall’una all’altra, e senza che la cieca notte ti impedisca il cammino, ti aprirai un varco fino all’ultimo segreto della natura, tanto i fatti verseranno luce sui fatti.

“Ibidem”, 1114-1117


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

LO SCENARIO

La tradizione culturale scientifica e tecnologica italiana

La scienza e la tecnica sono state nell’evoluzione dell’Italia moderna per lo più slegate dai problemi e dai bisogni vitali del Paese.

Perché ?


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

  • Le Origini

  • Le origini della rivoluzione culturale ed industriale dell’Europa moderna vanno ricercate nella Riforma religiosa del XVI secolo. E’ opinione comune che i riformatori protestanti abbiano spianato il cammino alla Scienza ed alla Filosofia nuova del XVII secolo.

  • Il baricentro di tale sviluppo si spostò dalla Spagna, Italia, Francia e Germania meridionale all’Inghilterra, Olanda, Svizza e città baltiche protestanti

  • Tale mutamento dipese dal fatto che la vecchia èlite economica europea fu costretta ad assumere posizioni eretiche (calviniste) perché l’atteggiamento mentale che le era stato proprio per generazioni (e che per generazioni era stato tollerato) in alcune regioni fu dichiarato eretico ed intollerabile


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

  • Nel mondo cattolico il prestito ed il profitto erano considerati immorali perché si otteneva qualcosa senza sforzo e pena (senza pagare mediante il lavoro e la fatica il prezzo del peccato originale).

  • Il Concilio di Trento (1545-1563) prese posizioni che frenarono lo sviluppo scientifico, conferendo alla Chiesa il potere inoppugnabile di decidere la verità in materia astronomica e medica.

  • Le scienze furono classificate in funzione dei conflitti che creavano alla Chiesa. Le scienze nobili erano le scienze astratte, le scienze della natura (fisica, geologia, ecc.) erano considerate inferiori.


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

  • Nel mondo protestante andò diversamente. Sull’etica calvinista si modellò lo spirito della nascente borghesia capitalista.

  • La buona riuscita negli affari era considerata una prova evidente del favore di Dio e, secondo il Vecchio Testamento, un segno della sua predilezione. Calvino dichiarò (bando sull’usura) moralmente lecito percepire un interesse sul mutuo.

  • La volontà di comprendere la natura per comprendere Dio diede alle Scienze della natura la priorità.

  • Inoltre, il desiderio di aiutare lo sviluppo della società stimolò l’interesse per la tecnologia e per le finanze.


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Verso l’unità d’Italia – i governi sorti dalla Restaurazione

Avversità dei governi alla Scienza

  • Tendenza all’identificazione dell’illuminismo con la rivoluzione

  • Penalizzazione delle discipline scientifiche negli atenei

  • La Matematica è vista come Scienza Sublime, non compromessa dal razionalismo illuminista

  • Relativa inferiorità della chimica e della fisica

  • Conseguente scarsità di risorse per ricerca e formazione in tali ambiti

  • Pesantissime ripercussioni sullo sviluppo dell’industria moderna, impossibilità di determinare scelte di fondo nella politica nazionale per la ricerca


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

La prima metà del 1800

Assenza della Ricerca Organizzata in Italia

  • Mancata istituzione di cattedre universitarie, laboratori e gruppi di ricercaLa chimica è ritenuta «perniciosa e pericolosa»

  • Ricerca condotta dai singoli ricercatori con fondi privati

  • Ideologia dominante della scienzacome pura contemplazione del vero e disinteresse per i problemi produttivi

  • Conseguente produzione in Italia di notevoli lavori teorici (da Avogadro fino a Cannizzaro) con assenza di attività sperimentaliContemporaneamente, all’estero (es. Germania) si instaura invece uno stretto rapporto di cooperazione tra università e industria


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

La seconda metà del 1800

Studio della Matematica

  • I matematici manifestano crescente disinteresse per problemi pratici, applicativi e politici.Studiano una matematica astratta piuttosto che individuare nessi con la realtà

  • Emblematico è Peano: è convinto della completa inutilità pratica dell’attività del matematico

  • Peano giunge ad abbandonare la cattedra al Politecnico di Torino pur di non inquinare la sua formazione teorica con gli elementi indispensabili alla figura di un ingegnere


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

La seconda metà del 1800

Studio dei fenomeni di Elettricità e Magnetismo

  • Pacinotti concepisce l’anello d’induzione (1859)

  • Si pongono le basi per la costruzione delle macchine elettrodinamiche

  • Attegiamento pratico e tecnico di Pacinotti, inusuale nel panorama italiano del tempo

  • Mancata traduzione delle scoperte di Pacinotti in iniziativa industriale italiana, imputabile a:

  • Disinteresse dell’ambiente scientifico italiano per le applicazioni pratiche e produttive

  • Arretratezza economica dell’ambiente italianoIn Francia la Société Gramme si impadronisce dell’idea di Pacinotti sfruttandola a fini commerciali


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

La seconda metà del 1800

Studio dei fenomeni di Elettricità e Magnetismo

  • Ferraris getta le basi teoriche del motore a campo rotante(tecnologicamente e industrialmente rivoluzionario)

  • Al contrario di Pacinotti, Ferraris non pare comprendere appieno la reale portata della sua scoperta:

  • Ferraris ritiene che«lo sfruttamento industriale delle scoperte scientifiche non è un compito degno dell’uomo di scienza»L’ambiente industriale italiano è impreparato alla produzione di motori:la scoperta di Ferraris ottiene pratica applicazione all’estero


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

La seconda metà del 1800

Studio dei fenomeni di Elettricità e Magnetismo

  • Righi, insigne teorico, preferisce gli studi di fisica pura ai problemi tecnici. Studia la radiotrasmissione senza comprenderne la reale portata pratica

  • È il maestro di Marconi, pur intrattenendo con lui scarsi contatti in quanto scettico sull’attività pratica di Marconi

  • Marconi è un autodidatta, isolato e osteggiato. Scopre la possibilità di trasmettere segnali su portante EM

  • Comunica i risultati delle sue esperienze (1896) al ministero delle PT che manifesta grande disinteressePartito per l’Inghilterra, Marconi trova all’estero successi e riconoscimenti


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

La seconda metà del 1800

Cause della situazione tecnologica italiana

La mancanza di un insegnamento tecnico nella seconda metà del 1800 può essere imputata a:

  • Mancanza di precise sollecitazioni industriali per la formazione della figura del perito, convinzione dell’inutilità della formazione di maestranze (es. industria tessile) in assenza di industrie (nell’Italia prevalentemente agricola del tempo)

  • Mancanza di una capacità di pianificazione dello sviluppo economico e produttivo nazionale sul lungo periodo

  • Convinzione che l’unico ruolo economico della scienza sia il risparmio delle risorse e delle finanze pubblicheIl ministro Baccelli si riferisce alla situazione della ricerca dichiarando: «Vexatio dat intellectum»


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

La seconda metà del 1800

La non competitività industriale italiana

  • In Europa, i settori chimico e elettrotecnico (assi della II rivoluzione industriale) impongono un intreccio tra sviluppo industriale e conoscenze scientifiche

  • Stimolo della compenetrazione tra Università e Industria

  • Richiesta di una preparazione notevolmente elevata al personale impiegato

  • Alla fine del 1800 in Europa la produzione industriale non può più prescindere dal massiccio contributo della ricercaNulla di tutto questo avviene in Italia

  • I pochi prodotti tecnologici italiani vivono di imitazione e non sono competitivi o d’avanguardia in campo tecnico

  • Significativo l’esempio delle macchine tessili e locomotrici:Le scelte aziendali e governative nazionali sono volte ad acquistare dall’estero prodotti competitivi


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

La seconda metà del 1800

Il divario tra l’Italia e l’Europa

  • In Germania l’università si era adeguata ai bisogni industriali grazie alla forte spinta degli industriali

  • In Italia l’università era rimasta chiusa perché un simile movimento non era mai esistito: imprenditori, governo e matematici non compresero il valore della scienza

  • Dalle discussioni parlamentari del 1894 (Rizzetti):«in Italia si dovrebbe lavorare molto di più e studiare anche un poco di meno» [si ride]«noi dobbiamo prima diventare prosperi e potenti e poi diventeremo una nazione colta e scienziata… finchè saremo una nazione povera di danaro e di risorse economiche, come potranno fiorire le arti, le scienze, le lettere?»


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

L’età Giolittiana (1892-1914)

Lo Sviluppo Industriale e la crisi della Ricerca

  • Lo sviluppo del pensiero scientifico e l’andamento della struttura produttiva di qualsiasi paese in generale non procedono di pari passoCiò è particolarmente vero nel caso italiano:

  • Pur cominciando il periodo di decollo dell’economia italiana, è diffusa la sensazione di difficoltà a dare nuovi contributi alle scoperte scientifiche

  • La ricerca diventa per necessità più costosa e bisognosa di mezzi (es. studio della radioattività)

  • Le politiche di governo e universitarie non forniscono tali risorse, proprio nel momento in cui in altri paesi il pensiero scientifico è in una fase decisiva


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Tendenza al rialzo dei prezzi

Scarso stimolo al progresso tecnico industriale

Manodopera a basso costo

Politica protezionistica

I primi del 1900

Lo Sviluppo Industriale Italiano

  • Il decollo dell’economia in Italia incomincia quindi in maniera slegata dalla ricerca:

    Alcuni industriali ritengono più conveniente investire in borsa che assumere un maggior numero di tecnici e ricercatori


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

La prima metà del 1900

Lo Scenario tra le due Guerre

  • All’inizio del secolo la scienza italiana non ha ancora conquistato un posto di primo piano nella cultura, nella società e nell’economiaLo stesso Mussolini è consapevole dell’arretratezza italiana

  • Spostamento del centro d’interesse scientifico dalla scienza pura alle applicazioni pratiche (anni 20)

  • Il regime mira all’autarchia perseguita mediante uno stretto legame tra politica e ricerca scientifica

  • Reazioni di esponenti scientifici: rivendicazione dell’unitarietà inscindibile della scienza pura ed applicata e difesa della libertà di ricerca matematica (Bottazzi, Severi)


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

La prima metà del 1900

Il Consiglio Nazionale delle Ricerche

  • L’Italia è dotata finalmente di un istituto centralizzato e indipendente che persegue una linea di ricerca sulle scienze applicate

  • Interventi per la ricerca: il riordinamento del CNR si colloca in una realtà storica profondamente arretrata

L’effettiva maturazione del CNR avviene in concomitanza con l’avviamento della guerra

  • Impossibilità di esprimere il reale potenziale di lavoro

  • Nomina di Badoglio come presidente, emblematico dell’imbalsamazione dell’ente


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

La prima metà del 1900

Il Consiglio Nazionale delle Ricerche

  • Nei primi anni del 1900 il periodo della scienza condotta col solo genio e con risorse risibili è terminato

  • Vedono la luce nuovi campi di ricerca (sistematicamente assenti in Italia per lunghi anni):

    • Elevate tensioni

    • Alte pressioni

    • Intensi campi magnetici

    • Basse temperature

      Il CNR avrebbe dovuto costituire l’anello di collegamento tra la scienza e le necessità del Paese. In effetti consente:

  • Collaborazione e sinergia tra più ricercatori

  • Organizzazione e interscambiodi laboratori e risorse


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Crollo delle istituzioni statali

Guerra

Dopo l’8 settembre si ha unarresto della ricerca

Caos organizzativo

Assenza di finanziamenti

Il dopoguerra

La Ricostruzione

  • La costituzione riafferma la concezione liberale di cultura

  • La concezione cattolica esalta i valori umanistici e letterari

  • La libertà di ricerca è intesa come astratta e dogmaticaNon muta la concezione minoritaria della scienza rispetto ad altre componenti culturali.Si perde l’immagine di «scienza utile»


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Il dopoguerra

La Ricostruzione

  • Ritorno a una visione «ottocentesca» della scienza, funzionale all’elevamento spirituale del popolo

  • Opposizione a eventuali aumenti di spesa per la ricerca, ritenuti responsabili dell’aumento di inflazione

  • Alla riunione plenaria del CNR (1947) Einaudi respinge seccamente le richieste di fondi che vengono avanzate

    Gonella afferma che «Il contributo che un governo può dare al progresso scientifico è il mantenimento della pace sociale e della stabilità economica»Il progressista Marchesi, pur conscio dell’enorme importanza pratica della scienza e della tecnica, considera gli studi umanistici culturalmente superiori


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Il dopoguerra

Le prospettive economiche dell’Italia

  • Passaggio dell’industria da una politica autarchica protezionistica a un mercato liberistico

  • Ritardo industriale rispetto ai paesi che hanno raggiunto elevata produttività durante la guerra

  • Importazione dei risultati della scienza estera (Stati Uniti)

  • Inizio della dipendenza economica dall’estero

  • Necessità insoddisfatta di una ricerca industriale autonoma e allentamento dei legami Università-Industria

  • Nascita della simbiosi Università-CNR (fonte di finanziamento per i professori), scarsamente produttiva

  • Impossibilità di programmare un piano d’intervento efficace sui problemi di fondo del paese

  • Suddivisione dei finanziamenti in base ai rapporti di potere


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Il dopoguerra

La situazione del CNR nel dopoguerra

  • Il CNR, nato per stimolare la ricerca applicata, si ritrova a finanziare esclusivamente la ricerca di base a causa dei suoi rapporti con l’Università

  • La Commissione Europea individua la responsabilità del disimpegno scientifico negli industriali, incapaci di inserire la ricerca nei processi produttivi

  • Il modello di sviluppo economico liberistico su cui si basa la ricostruzione italiana si rivela fallimentare

  • Si evidenzia che il CNR non può elaborare un piano di programmazione economica nazionale:I settori produttivi su cui far leva devono essere indicati in sede politica


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Il dopoguerra

La mancanza di un piano di lavoro per il CNR

  • Nel 1946 Colonnetti indica per il CNR lo studio dei seguenti problemi, quantomeno discutibili:

    • Individuazione zone sismiche meridionali

    • Valorizzazione agricola e mineraria della Sila

    • Sfruttamento delle saline siciliane

    • Talassografia

  • Per il problema sismico furono stanziate £ 100 000L’istituto di Fisica sperimentale del Politecnico di Torino ebbe £ 600 000 per «Ricerche sull’abbagliamento dei riflettori di automobili a luce bianca e gialla»


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

La seconda metà del 1900

L’analisi della situazione economica

  • Morandi osserva che è mancato allo sviluppo industriale italiano il sostegno della ricerca

  • Andreatta riconosce che il «miracolo italiano» è giustificato dal fatto che in 10 anni l’industria italiana ha ricapitolato diverse fasi che si sono succedute nei paesi d’avanguardia per tre decenni

  • Si individua nel basso costo del lavoro un fattore condizionante il basso ritmo di sviluppo delle innovazioni tecniche


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

La seconda metà del 1900

Gli anni del Miracolo Economico

  • 1955: si verifica un aumento di fondi generalizzato a seguito dello sviluppo delle ricerche nucleari in Italia

  • Il piano Fanfani comporta l’organizzazione della ricerca universitaria per formare quadri altamente qualificati

  • Si evidenzia l’utilità dell’università per la formazione di forza lavoro, ma non della ricerca come motore economico produttivo

  • La commissione Saraceno riconosce alla ricerca un valore produttivo oltre che didattico

  • Formazione di un Ministero della Ricerca di facciata, utile solo politicamente, senza fondi né poteri e inviso all’ambiente universitario

  • Emerge l’incapacità di programmare precisi obiettivi di sviluppo su cui impegnare i ricercatori


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

La seconda metà del 1900

La crisi delle iniziative energetiche italiane

  • Enrico Mattei, presidente dell’ENI, è il fautore di una politica energetica italiana basata su relazioni dirette e di cooperazione coi paesi Africani e Orientali produttori di petrolio. Viene assassinato nel 1962.

  • Rallentamento nella spinta verso una politica energetica nazionale

  • Felice Ippolito, segretario del CNEN, responsabile dello sforzo nucleare italiano (l’Italia è al terzo posto nel mondo insieme a USA e GB per competenza e tecnologia sul nucleare) viene arrestato pretestuosamente

  • CNEN e ENEL abbandonano le iniziative in campo nucleare. Si punta sul metano (importato) come risorsa energetica


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

La seconda metà del 1900

Il rapporto Freeman-Young e la nascita dell’IMI

  • 1965: il rapporto Freeman-Young sullo sviluppo dell’Europa Occidentale evidenzia la miserevole condizione della ricerca italiana in confronto a quella statunitense

  • Il rapporto suscita preoccupazione e orgoglio nazionalista

  • Fanfani propone un «Piano Marshall» per la scienza, ovviamente respinto dagli Stati Uniti

  • Istituzione dei fondi IMI per la ricerca applicata:è la prima volta che capitali statali sono messi a disposizione dei privati

  • La pratica clientelare, la gestione «bancaria» dei dirigenti IMI, l’assenza di una strategia della ricerca per l’impiego dei fondi provocano la dispersione delle risorse IMI


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

La seconda metà del 1900

Conseguenze del rapporto Freeman-Young

  • Sarebbe stato indispensabile che dal rapporto scaturisse un piano di intervento economico, che invece venne a mancare

  • Caglioti, membro dell’Accademia Nazionale delle Scienze, dimostra che non si è ancora in grado di concepire tali programmi:«L’Italia non può permettersi di fare delle ricerche il cui prodotto non potrebbe andare sul mercato che in dilazioni molto lunghe, ma deve orientare le sue ricerche verso prodotti che si possono commercializzare rapidamente […] Quando il potenziale economico avrà raggiunto un certo livello sarà possibile sviluppare i più nuovi settori»


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Gli anni ‘70

Crisi del modello americano in Europa

  • Crollo della fiduciosa visione della benefica ricaduta da produzioni di alta tecnologia sul restante campo di produzione

  • Riduzione della partecipazione italiana ai programmi spaziali comunitari

  • Ripiegamento ulteriore dell’industria sull’avviamento di ricerche con sviluppi applicativi a breve termine


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Situazione attuale

Situazione attuale e conclusioni

  • La ricerca italiana è sempre stata slegata dai problemi vitali del paese e troppo subordinata alla legge del profitto immediato

  • Oggi il livello scientifico viene valutato per la capacità di risolvere problemi reali, anziché per il numero di pubblicazioni prodotte

  • In questo senso la situazione italiana è cattiva

  • La storia della ricerca italiana ha assistito a pochi successi teorico/pratici di notevole importanza. È mancato il lavoro metodico di traduzione delle conoscenze teorichein processi produttiviIl complesso procedimento che porta dalla teoria alla produzione richiede un’organizzazione della ricerca e dell’economia che l’Italia di oggi è lontana dall’avere


Scienza dei materiali

Scienza dei materiali

“… Allora il bronzo fu più apprezzato e l’oro venne negletto come un metallo inutile la cui punta smussata si ripiegava facilmente. Oggi è il bronzo che giace disdegnato, e l’oro gli ha rubato l’onore supremo. Così, la rivoluzione dei tempi cambia la sorte di tutte le cose: quel che si giudicava prezioso finisce col perdere ogni onore, un altro oggetto prende il suo posto uscendo dall’ombra e dal disprezzo …”

(Lucrezio, De Rerum Natura)


Scienza dei materiali1

Scienza dei materiali

  • Storicamente, lo sviluppo e l’avanzamento della società sono stati collegati alla capacità dei suoi membri di produrre e di manipolare i materiali per rispondere ai loro bisogni

  • Età paleolitica o della pietra grezza (fino a 10000 a.C.)

    Vita dell’uomo basata sulla caccia e pesca. Gli utensili sono pietre ed ossi scheggiati

  • Età paleolitica o della pietra levigata (10000-5000 a.C.)

    Introduzione dell’agricoltura e dell’allevamento. La lavorazione delle pietre permette la realizzazione di strumenti rudimentali

  • Età neolitica (5000-4000 a.C.)

    Utilizzo dei metalli (oro, argento, rame, stagno)

  • Età del bronzo (4000-1100 a.C.)

    Grande progresso tecnologico: scoperta della versatilità della lega di rame e stagno, che coincide con la fine della preistoria e l’inizio della storia

  • Età del ferro (1100 a.C)

    Conoscenza di questo metallo, caratterizzato da una elevata resistenza, utile alla realizzazione di altri strumenti

Storia dei materiali


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Fibre di

carbonio

Materiali

compositi

Forza/Densità (in ×106)

Legno

Pietra

Fusione

del Ferro

Acciaio

Bronzo

Alluminio

1800 1900 2000

Anno

Motore moderno

Turbojet

Temperatura operativa dei motori (°C)

Motore

a vapore

Motore aereonautico

raffreddato ad aria

Anno

Evoluzione dei materiali

Evoluzione nella resistenza dei materiali

Progresso nella temperatura di lavoro dei motori resa possibile attraverso l’utilizzo dei materiali moderni


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Fibre ottiche

Ottiche in vetro

Attenuazione ottica (dB/km)

Fenici

Egizi

3000 a.C. 1900 1966 1979 1983

Evoluzione dei materiali

Diamante policristallino,

Nitruro di Boro cubico

Evoluzione nella velocità di taglio degli utensili

Ceramici

Velocità di taglio (m/min)

Carburo di

tungsteno

Utensili in acciaio

Evoluzione nella trasparenza dei materiali al fine di trasportare informazioni


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Storia moderna dei materiali

  • Fu scoperto che le proprietà di un materiale possono essere alterate da trattamenti chimici e dall’addizione di altre sostanze: ma a questo punto, l’uso dei materiali fu totalmente limitato ad un processo di selezione associato ad un ristretto set e finalizzato al tipo di applicazione adatta alle caratteristiche di un determinato materiale

  • Risale solo a circa 60 anni fa la profonda conoscenza e la correlazione tra le proprietà di un materiale e le sue caratteristiche strutturali e quindi le basi per una scienza della materia e dei materiali


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Definizioni

  • La disciplina della scienza dei materiali consiste nello studio delle correlazioni che intercorrono tra le strutture e le proprietà dei materiali

  • Per Material Engineering si intende la capacità di progettazione di un materiale, sulla base della conoscenza delle sue caratteristiche, al fine di produrre un set predeterminato di proprietà

  • La struttura di un materiale è associata alla mutua disposizione dei suoi componenti interni

  • Proprietà dei materiali: meccaniche, elettriche, termiche, magnetiche, ottiche, resistenza al deterioramento


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Funzionalità dei materiali

  • Materiali strutturali (durezza, resistenza, robustezza, rigidità, peso, deformazione e rottura sotto sforzo)

  • Materiale elettrici ed elettronici (conducibilità elettrica, risposta a campi elettrici, polarizzazione) semiconduttori, metalli, isolanti, ceramici, polimeri

  • Materiali polimerici(plastiche, ecc.)

  • Materiali magnetici (risposta allo stimolo di campi magnetici)

  • Materiali ottici (risposta alla radiazione luminosa, riflettività, trasparenza, indice di rifrazione) fibre ottiche, cristalli liquidi

  • Biomateriali (materiali biocompatibili, utili per applicazioni biomediche)

  • Materiali avanzati (materiali compositi, rivestimenti protettivi)

  • Materiali moderni in condizioni estreme (materiali nanostrutturati e amorfi)


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Virus dell’influenza

Capelli

Globuli rossi

Luce visibile

Atomi

Formica

3mm 1mm 50m 20m 2.5m 740nm 400nm 80nm 16nm 2nm 0.1nm

Nanotubo

Microprocessore

Micro-ingranaggio

Transistor sperimentale

Micro

Macro

Nano

Verso l’infinitesimamente piccolo


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Non tutto ciò che è oro splende: nano-sistemi metallici

Le motivazioni alla base dello studio di sistemi formati da composti nanoaggregati metallici (1 nm = 10-9 m) nascono

  • dal conoscere il comportamento della materia progressivamente più suddivisa fino alla selezione dei componenti base della struttura

  • dall’interesse dell’applicabilità in ambito industriale (ad esempio nella chimica l’utilità di massimizzare il rapporto superficie-volume)

    In seguito si vedrà come l’effetto delle dimensioni abbia influenza su tre proprietà:

    • la fusione

    • le proprietà ottiche

    • la reattività chimica


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Nanoaggregato

Pressione

Stato

disordinato

Fusione

Stato

ordinato

C, punto

critico

Volume sfera = /6 D3

Superficie sfera = D2

Superficie di un cubo di ugual volume =3.89D2

Liquido

Solido

Gas

T, punto triplo

Temperatura

Solido

Liquido

Gas

E=EP+EC ,

EP=1/2VP(dnm)

EC=1/2kT

  • EP>ECStato ordinato

  • EP>EC Stato disordinato

Fusione

Diagramma di stato, tipico di ogni sostanza


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

  • Perdita dell’ordine atomico a lungo raggio

  • Acquisizione della forma sferica

Fusione

Temperatura, TFa (°C)

°

2as (A)

Temperatura di Fusione

  • L calore latente di fusione

  • S, l densità del solido e del liquido

  • TF, TFa temperature di fusione del solido e delle particelle

  • aS, al raggio della particella nel solido e nel liquido

  • S, l tensione superficiale del solido e del liquido


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

1 A

E

<1 nm

3 – 30 nm

°

50 - 100 nm

Oro

Proprietà ottiche

Il colore dell’oro dipende dalla grandezza delle particelle metalliche

  • La luce è una radiazione elettromagnetica il cui campo elettrico oscillante è in grado di sollecitare cariche elettriche presenti sul suo percorso

  • Le cariche elettriche stimolate dalla radiazione oscillano ed assorbono la sua energia

  • Una particella metallica è dotata di cariche negative (elettroni), che si possono muovere liberamente, e da cariche positive fisse (ioni)

  • Sotto la sollecitazione della radiazione, gli elettroni oscillano rispetto agli ioni, producendo un assorbimento tipico delle particelle metalliche, fenomeno che non si verifica nel metallo esteso


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Oro colloidale

Distanza tra le particelle

Densità ottica

°

Lunghezza d’onda (A)

Proprietà ottiche

E’ evidente che la posizione in lunghezza d’onda e la larghezza del picco dipendono dalle dimensioni della particella…

…e anche dalla distanza reciproca


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

e-

WP

Wm

RAtomo

R

Reattività chimica

  • L’energia WP necessaria per ionizzare una particella, ossia per portare un elettrone fuori dalla particella, è legata al raggio R della medesima particella dalla relazione

    Questo andamento è dovuto a due effetti:

  • Effetto di interazione coulombiana dovuta al caricamento

  • Effetto della carica immagine


Elementi di scienza dei materiali e applicazioni

Reattività chimica

  • Si ricorda che l’elettronegatività di un sistema A (la capacità di cedere e acquisire elettroni) è la somma dell’energiadi ionizzazione e dell’affinitàelettronica (guadagnata nel portare un elettrone all’interno del sistema A)

  • Un’indicazione della possibile reattività tra due sistemi A e B è data dal confronto tra le loro elettronegatività

  • Queste quantità variano in funzione delle dimensioni dei sistemi: le reazioni chimiche sono, perciò, influenzate dalle dimensioni delle particelle


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