Corso di Struttura e Proprietà di Sistemi Complessi Parte ...studenti.di3.units.it/Struttura e...

Laurea magistrale interclasse in Ingegneria di Processo e dei Materiali Università di Trieste

Romano Lapasin

Corso di Struttura e Proprietà di Sistemi Complessi

Parte A: Reologia

Dipartimento di Ingegneria e Architettura Università di Trieste

Presentazione del corso

Corso di Struttura e Proprietà di Sistemi Complessi – parte A: Reologia Università di Trieste

sistemi complessi: un termine di accezione molto ampia

il comportamento di un sistema complesso può essere descritto solo tenendo conto delle interazioni tra i suoi componenti

sistemi complessi: sistemi dinamici con capacità di auto-organizzazione

composti da un numero elevato di parti interagenti in modo non lineare

aventi comportamenti globali complessi non riducibili a una singola legge fisica e/o

alla somma dei comportamenti delle singole parti

complesso: da cum + plexus, ovvero ‘intrecciato insieme’ e non

complicato: da cum + plicatus, ovvero ‘piegato insieme’


esempi di sistemi complicati

https://www.google.it/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjS9orjup7PAhVBrxQKHcEkA88QjRwIBw&url=https://www.youtube.com/watch?v%3DFTrTUjwG6r4&bvm=bv.133178914,d.ZGg&psig=AFQjCNGIbissUsfZ_ESQwQQokmXd2l_dTg&ust=1474478516230028

http://www.google.it/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiN0ZGpup7PAhXK1RQKHbSoAJUQjRwIBw&url=http://cmaguardsm.blogspot.com/2012_11_01_archive.html&bvm=bv.133178914,d.ZGg&psig=AFQjCNHFONLqAHIAonzW2OgmwxBsu4Cr6g&ust=1474478410443618


esempi di sistemi complessi

cellule cerebrali termitaio

stormo di uccelli in volo

bosco in fiamme



traffico urbano

network finanziari

http://www.qualenergia.it/articoli/20151018-irrazionalita-del-traffico-e-mobilita-smart-del-futuro

http://www.google.it/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwi6j5n3_IvPAhXCMhoKHdP4CLYQjRwIBw&url=http://j-node.blogspot.com/2012_05_01_archive.html&bvm=bv.132479545,d.d24&psig=AFQjCNH2bwWCepeW_7Yqr1ms8Isj7q-4RQ&ust=1473843305255127



sistema climatico



Internet network


oggetto di studio in differenti aree scientifiche:

scienze naturali, matematiche e sociali

settori specializzati nello studio di sistemi complessi:

teoria dei sistemi, teoria della complessità, ecologia di sistemi, cibernetica, …

sistemi complessi: aree e settori interessati

sistemi complessi


sviluppo storico delle scienze interessate alla complessità


‘Struttura e proprietà di sistemi complessi’

sistemi complessi: sistemi materiali aventi caratteristiche strutturali complesse su scale di lunghezza diverse (da mesoscopica a nanoscopica)

proprietà complesse ovvero comportamenti non lineari (su scala locale e macroscopica)

in vari fenomeni e processi fisici riguardanti deformazione e flusso, diffusione di materia,

trasporto di cariche elettriche, …

oggetto di studio del corso


classi di sistemi di interesse della reologia:

‘soft materials’, dispersioni colloidali, emulsioni, vetri, schiume, network polimerici, nanocompositi, cristalli liquidi (polimerici e non), sistemi micellari impasti, fanghi, materiali granulari, tessuti biologici, cellule, …

ovvero

‘Studio di sistemi strutturalmente complessi aventi comportamenti meccanici non lineari’

altro titolo possibile del corso nella parte A:

‘Reologia di sistemi complessi’

oggetto di studio del corso


esempi di sistemi strutturalmente complessi aventi comportamenti meccanici non lineari

sistemi polimerici (soluzioni, LCP, gel, fusi,…):

polietilene DNA flexible coil

complessità degli elementi costitutivi (catene polimeriche)

sistemi di interesse della reologia



sistemi polimerici (soluzioni, LCP, gel, fusi,…): complessità delle strutture superiori (su scala supramolecolare)

scleroglucan triplex actin network agarose network


http://images.sciencedaily.com/2010/12/101220102731-large.jpg



sistemi dispersi (sospensioni, emulsioni, colloidali, nanodispersioni, schiume,…)

PVC latex (plastisol) carbon nanotube foam W/O/W emulsion


complessità dell’organizzazione strutturale


fattori di complessità strutturale simili per sistemi dispersi e sistemi polimerici con solvente

caratteristiche dimensionali/conformazionali della fase dispersa/disciolta

concentrazione della fase dispersa/disciolta

interazioni mutue e con mezzo disperdente/solvente

fattori tra loro concatenati e determinanti per la struttura e le proprietà dei sistemi

fattori strutturali




dimensioni, distribuzione granulometrica ,

forma, deformabilità, cariche superficiali

interazioni inter- e intra-molecolari non covalenti (attrattive e repulsive), interazioni topologiche,

legami covalenti

concentrazione della fase dispersa

fattori strutturali




concentrazione della fase disciolta

lunghezza della catena (MW e distribuzione MW), ramificazioni, flessibilità, cariche

interazioni inter- e intra-molecolari non covalenti (attrattive e repulsive), interazioni topologiche,

legami covalenti

fattori strutturali


sistemi polimerici e sistemi dispersi: categorie importanti di materiali complessi in campo industriale e in campo biologico

proprietà importanti per formulazione, processing e applicazioni, performance,

azioni e funzioni espletate

proprietà reologiche (risposte a sforzi imposti, in termini di deformazione e/o flusso)

proprietà diffusive (trasporto molecolare di materia attraverso il sistema

e i suoi contorni)

proprietà e applicazioni


proprietà importanti per formulazione, processing e applicazioni, performance,

azioni e funzioni espletate

proprietà reologiche comportamento in flusso e deformazione

trasporto diffusivo di materia

proprietà e applicazioni


fornire le conoscenze necessarie:

• per comprendere il comportamento reologico di sistemi complessi

• per affrontare correttamente la caratterizzazione sperimentale, l'interpretazione e l’uso di dati

• per individuare i modelli adatti all’interpretazione del comportamento reologico, all’analisi e alla correlazione dei dati sperimentali, all’analisi e risoluzione di problemi di flusso (dentro e fuori il contesto industriale)

• per affrontare e risolvere problemi connessi alla formulazione di prodotti industriali, allo sviluppo di nuovi materiali

obiettivi formativi del corso – parte A


Introduzione alla reologia. Riesame dei principi della meccanica del continuo e grandezze dinamiche e cinematiche caratteristiche. Equazioni costitutive classiche. Numero di Deborah. Fenomeni reologici. Tipi di flusso. Flussi di taglio (stazionari e non) e corrispondenti funzioni materiali. Comportamenti shear-dipendenti e tempo-dipendenti. Flussi elongazionali e corrispondenti funzioni materiali. Modelli di fluido Newtoniano generalizzato. Modelli tissotropici. Modelli di fluido viscoelastico lineare generalizzato. Modelli viscoelastici non lineari.

programma del corso – parte A (1)


Reometria: strumenti e procedure. Trattamento dei dati sperimentali. Reologia di sistemi polimerici (soluzioni ordinarie e cristalline, polimeri associativi, fusi, gel, ...) Reologia di sistemi dispersi (sospensioni, emulsioni, ...) Prove di laboratorio: esempi di applicazione dell'indagine reometrica e dello studio reologico alla risoluzione di problemi di processo e nella formulazione di sistemi di interesse industriale. Seminari su temi specifici

programma del corso – parte A (2)


testi da consultare e materiale didattico

H.A. Barnes, J.F. Hutton, K. Walters Introduction to Rheology, Elsevier R.B. Bird, R.C. Armstrong, O. Hassager Dynamics of polymeric liquids, John Wiley R.G. Larson The structure and rheology of complex fluids, Oxford University Press R. Lapasin Rheology in “Understanding Drug Release and Absorption Mechanisms: A Physical and Mathematical Approach”, M. Grassi, G. Grassi, R. Lapasin, I. Colombo Eds, CRC Press, Taylor & Francis Group R. Lapasin Rheological characterization of hydrogels in “Polysaccharide hydrogels: characterization and biomedical applications“, P. Matricardi, F. Alhaique F., Coviello T. Eds, Pan Stanford Publishing R. Lapasin, S. Pricl Rheology of industrial polysaccharides: Theory and Applications, Springer


testi da consultare e materiale didattico

Materiale didattico (lezioni – copia da file di presentazione ppt)

Sul sito: http://studenti.di3.units.it/default.aspx

Materiale Corsi

Reattori Chimici e Biochimici

Basi di dati

Termodinamica

Sistemi Informativi I

Strumentazione Industriale

Reattori Chimici II

Complementi di Basi di Dati

Termodinamica II

Impianti chimici II

Impianti di Trattamento degli Effluenti Inquinanti

Impianti di Trattamento degli Effluenti Inquinanti II

Teledidattico

Chimica Industriale

Fenomeni di Trasporto

Reologia

Impianti chimici

Simulazione di processo

Struttura e proprietà dei sistemi complessi -

modulo A

Struttura e proprietà dei sistemi complessi - modulo B

Principi di Ingegneria Tissutale e Biomateriali

Progettazione di materiali e processi

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/Reattori Chimici I/Forms/AllItems.aspx

/Basi di dati/Forms/AllItems.aspx

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/Impianti di Trattamento degli Effluenti Inquinanti/Forms/AllItems.aspx

/Impianti di Trattamento degli Effluenti Inquina1/Forms/AllItems.aspx

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/Impianti chimici/Forms/AllItems.aspx

/Simulazione di processo/Forms/AllItems.aspx

/Struttura e propriet dei sistemi complessi modulo/Forms/AllItems.aspx




/Struttura e propriet dei sistemi complessi/Forms/AllItems.aspx




/Principi di Ingegneria Tissutale e Biomateriali/Forms/AllItems.aspx

/Progettazione di materiali e processi/Forms/AllItems.aspx

calendario delle lezioni del corso di laurea


Ore Lunedi Martedi Mercoledi Giovedi Venerdi

08:00-09:00 013MI SIMULAZIONE

MOLECOLARE Aula Arich-Edif. B-1°p.

013MI SIMULAZIONE

MOLECOLARE Aula Arich-Edif. B-1°p.

014MI REATTORI CHIMICI E

BIOCHIMICI Aula Arich-Edif. B-1°p.

009MI SCIENZA E

TECNOLOGIA DEI MATERIALI CERAMICI

Aula Arich-Edif. B-1°p.

09:00-10:00 013MI SIMULAZIONE MOLECOLARE


013MI SIMULAZIONE MOLECOLARE


014MI REATTORI CHIMICI E BIOCHIMICI


009MI SCIENZA E TECNOLOGIA DEI

MATERIALI CERAMICI



MOLECOLARE


013MI SIMULAZIONE

MOLECOLARE



BIOCHIMICI


009MI SCIENZA E

TECNOLOGIA DEI

MATERIALI CERAMICI Aula Arich-Edif. B-1°p.


MOLECOLARE



BIOCHIMICI


008MI STRUTTURA E

PROPRIETA' DI SISTEMI

COMPLESSI


008MI STRUTTURA E


COMPLESSI


008MI STRUTTURA E


COMPLESSI


12:00-13:00 013MI SIMULAZIONE MOLECOLARE


014MI REATTORI CHIMICI E BIOCHIMICI


008MI STRUTTURA E PROPRIETA' DI SISTEMI

COMPLESSI



COMPLESSI



COMPLESSI


13:00-14:00

14:00-15:00 010MI COMPLEMENTI DI FISICA

Aula A-Edif.C9-4°p.

010MI COMPLEMENTI DI FISICA

Aula B-Edif.C9-4°p.

009MI SCIENZA E TECNOLOGIA

DEI MATERIALI CERAMICI Aula Arich-Edif. B-1°p.

15:00-16:00 010MI COMPLEMENTI DI FISICA

Aula A-Edif.C9-4°p.

010MI COMPLEMENTI DI FISICA

Aula B-Edif.C9-4°p.

009MI SCIENZA E TECNOLOGIA

DEI MATERIALI CERAMICI Aula Arich-Edif. B-1°p.

16:00-17:00 014MI REATTORI CHIMICI E


17:00-18:00 014MI REATTORI CHIMICI E


calendario delle lezioni ed esercitazioni


settembre 2018

17 18 19 20 21 22 23

24 25 26 27 28 29 30

ottobre 2018

1 2 3 4 5 6 7

8 9 10 11 12 13 14

15 16 17 18 19 20 21

22 23 24 25 26 27 28

29 30 31

novembre 2018

1 2 3 4

5 6 7 8 9 10 11

12 13 14 15 16 17 18

19 20 21 22 23 24 25

26 27 28 29 30

dicembre 2018

1 2

3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16

17 18 19 20 21 22 23


modalità d’esame

(di norma) discussione di una tesina riguardante una serie di prove sperimentali svolte in gruppo nel laboratorio di reologia

voto finale risultante dalla media pesata (in base ai CFU) degli esiti dei colloqui d’esame della parti A e B del corso

tesi in reologia

di carattere sperimentale su argomenti di interesse scientifico e/o industriale

80 lavori scientifici da tesi (con laureandi/laureati coautori) su riviste internazionali e atti congressuali

5 premi di laurea nazionali (SICC, Federchimica, SIR)

tesi passate: 90

SOSPENSIONI ACQUA-CARBONE E ACQUA-PETCOKE COMPOSTI EPOSSI-CEMENTIZI NANODISPERSIONI ACQUOSE DI PTFE PRODOTTI VERNICIANTI POLIURETANICI AMIDI MODIFICATI ALIMENTARI ADDITIVI REOLOGICI PER PRODOTTI ALIMENTARI SISTEMI PROTEINA-POLISACCARIDI POLISACCARIDI E DERIVATI GEL POLISACCARIDICI CREME FREDDE YOGURT DISPERSIONI IN MATRICI POLISACCARIDICHE MATERIALI CERAMICI PER ATTUATORI PIEZOELETTRICI

SOSPENSIONI CERAMICHE TAMPONANTI PER CAVI A FIBRE OTTICHE FANGHI DI PERFORAZIONE PASTE SERIGRAFICHE


tesi negli anni passati: sistemi oggetto di studio

SISTEMI CONTENENTI TENSIOATTIVI POLIMERICI SISTEMI BIOMEDICALI PER IL RILASCI O DI FARMACI MICROEMULSIONI FARMACEUTICHE EMULSIONI INVERSE AD USO COSMETICO SHAMPOO CONDIZIONANTI DISPERSIONI COLLOIDALI E NANODISPERSIONI SISTEMI POLIMERICI TERMOSENSIBILI FLUIDI PER LA PERFORAZIONE PETROLIFERA GREGGI CEROSI SISTEMI MODELLO PARAFFINICI SCHIUME TERMOPLASTICHE LATTICI STIRENE-BUTADIENE PATINE PER CARTA PASTE CONCENTRATE DI PIGMENTI TOPCOAT POLIURETANICI PASTE DA STAMPA TESSILE


tesi negli anni passati: sistemi oggetto di studio


Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale - Units Dipartimento Scienze Mediche - Units Dipartimento di Scienze della Vita - Units Dipartimento di Geoscienze - Units Clinica Oculistica

tesi negli anni passati: collaborazioni

Eniricerche/San Donato Milanese Veneziani SpA/Trieste Università di Ancona Zuegg SpA/Verona ISTEC – CNR/Faenza Sitia Yomo/Zelo Buonpersico Colorprint/Coseano Benasedo/Varese CSELT/Torino Agip/San Donato Milanese Atlas Concorde/Fiorano Modenese Cartiere Burgo/Duino Dolomite SpA/Trichiana (BL)


Ausimont/Bollate Akzo Nobel/Fombio Vectorpharma/BIC-Trieste Ergolines/Area di Ricerca-Trieste Cimteclab/Area di Ricerca-Trieste Eurand/Area di Ricerca-Trieste Università di Padova Unifarco/Santa Giustina-Belluno Università di Sevilla Università di Maribor/Slovenia Università di Ljubljana/Slovenia Sigea/Area di Ricerca-Trieste Enitecnologie/S. Donato Milanese Ospedali Riuniti/Trieste Proxital/Motta di Livenza Polimeri Europa - Eniversalis/Mantova Enitecnologie/S. Donato Milanese Polimeri Europa - Eniversalis/Ravenna Lima Corporate/Villanova di San Daniele Illycaffè/Trieste

tesi negli anni passati: collaborazioni

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