Scheda programma d'esame
GLASS TRANSITION
DINO LEPORINI
Academic year2022/23
CourseMATERIALS AND NANOTECHNOLOGY
Code271BB
Credits3
PeriodSemester 1
LanguageEnglish

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
GLASS TRANSITIONFIS/01LEZIONI24
DINO LEPORINI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Il Corso intende fornire conoscenze di basenella descrizione ed interpretazione del processo di vetrificazione in liquidi, vetri e polimeri.

 

Knowledge

The Course will provide basic knowledge concerning the description and interpretation of glass transition in liquids, glasses and polymers.

 

Modalità di verifica delle conoscenze

Le conoscenze saranno verificate tramite prova orale.

Assessment criteria of knowledge

The knowledge will be assessed by final oral exam.

Capacità

Alla fine del Corso lo studente avra' acquisito capacita' di comprensione e di analisi di studi sperimentali, teorici e computazionali  nel campo della fisica dei sistemi disordinati e fuori equilibrio. 

 

 

Skills

At the end of the Course, the student will be able to understand and analyse scientific reports concerning experimental, theoretical and computational studies concerning the physics of disordered systems.

Modalità di verifica delle capacità

Le lezioni sono svolte in modo quanto piu' interattivo possibile per verificare che gli studenti acquisiscano le capacita` tecniche e di logica necessarie alla comprensione dei principali aspetti della fisica dei sistemi vetrosi.

Assessment criteria of skills

Interactive lectures will be given to verify that the students are acquiring the technical and logic skills  to understand the basic aspects of the physics of the glass transition.

Comportamenti

Sara` acquisita capacita` di analisi e di schematizzazione dei principali aspetti della fisica dei sistemi vetrosi.

Behaviors

The student will be able to analyse scientific studies concerning the basic aspects of the physics of the glassy systems.

Modalità di verifica dei comportamenti

Lezioni interattive e prova orale finale.

Assessment criteria of behaviors

Interactive lectures and final oral examination.

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Conoscenze di base in Fisica della Materia.

Prerequisites

Basic knowledge in Condensed-Matter Physics.

 

Indicazioni metodologiche

Lezioni frontali,  ricevimenti, utilizzo di e-mail e del sito e-learning per comunicazioni e materiale didattico addizionale.

Teaching methods

Face to face lectures; possibility to discuss personally with the professor once per week; use of e-mail and e-learning site for communication and distribution of additional materials.

 

Programma (contenuti dell'insegnamento)

 

  • Aspetti fenomenologici generali della transizione vetrosa. Termodinamica della nucleazione cristallina omogenea in fase liquida.
  • Deformazioni nei sistemi viscosi ed elastici ideali in presenza di sforzi di taglio. Comportamento viscoelastico. Grafico di Angell per liquidi a basso peso molecolare. Indice di fragilita'. Glassformers forti e fragili. Correlazione tra fragilita' e variazione di calore specifico alla transizione vetrosa.
  • Legge di Vogel-Fulcher-Tammann ( o di William-Landel-Ferry ) per la dipendenza dalla temperatura della viscosita' nei glassformers a basso peso molecolare. Andamento in temperatura dello spostamento quadratico medio di una molecola in prossimita' della transizione vetrosa. Concetto di gabbia.
  • Tempo di rilassamento strutturale e di Maxwell: definizioni e dipendenza dal peso molecolare. Valutazione delle dimensioni delle regioni di riarrangiamento cooperativo. Grafico di Angell per sistemi a peso molecolare arbitrario. Relazione empirica tra temperatura di transizione vetrosa e temperatura di fusione. Criterio di Lindemann per la fusione dei cristalli e sua estensione alla transizione vetrosa
  • Correlazioni tra dinamica vibrazionale e di rilassamento. Dipendenza della temperatura di transizione vetrosa dalla velocita' di raffreddamento e di riscaldamento. Cenni sulle transizioni di fase del primo e del secondo ordine. Rapporto di Prigogine-Defay. Impossibilita' di descrivere la transizione vetrosa come transizione di fase del secondo ordine.
  • Concetto di volume libero: problematicita' nella sua definizione. Definizione operativa. Dipendenza dalla temperatura. Descrizione della transizione vetrosa come fenomeno di diminuzione del volume libero. Modello a volume libero della transizione vetrosa: derivazione della equazione di Doolittle e dell'equazione di Vogel-Fulcher.
  • Paradosso di Kauzmann per l'entropia nei sistemi fragili. Temperatura di Kauzmann. Transizione vetrosa ideale. Esempio di situazione in cui S_liquido < S_cristallo: il fenomeno della fusione inversa. Regioni a riarrangiamento cooperativo nei vetri fragili e loro contributo all'entropia configurazionale.
  • Rilassamento strutturale ed entropia configurazionale: modello di Adam-Gibbs. Predizioni del modello di Adam-Gibbs: confronto delle temperature di Kauzmann e di Vogel. Materiali polimerici: nozioni di configurazione e conformazione: tatticita', omopolimeri, copolimeri, polimeri a stella, a pettine, a rete , dendrimeri, strutture supramolecolari.
  • Polimeri amorfi e semicristallini: principali proprieta' fisiche. Richiami sul moto browniano ideale e autoevitante. Modello a giunti flessibili per polimeri lineari: analogie con il moto browniano. Condizioni di idealita' e effetti di volume escluso.
  • Origine entropica dell' elasticita' nei polimeri ad alta flessibilita. Effetto Guch-Joule. Entropia di una singola catena polimerica e suo calcolo secondo il modello a giunti flessibili. Costante elastica. Cenni sulle proprieta' conformazionali nei fusi polimerici e nelle soluzioni polimeriche. Solventi buoni e cattivi. Temperatura teta.
  • Problema del volume escluso nelle soluzioni polimeriche. Ruolo delle interazioni binarie. Espansione del viriale per l'energia interna. Derivazione di Flory per la distanza testa-coda di una catena polimerica in un buon solvente.

 

Bibliografia e materiale didattico

P.G. Debenedetti, Metastable Liquids (Princeton University Press, Princeton, 1996),

M. Rubinstein, R.H. Colby, Polymer Physics (Oxford University Press, Oxford, 2003)

 

Bibliography

P.G. Debenedetti, Metastable Liquids (Princeton University Press, Princeton, 1996),

M. Rubinstein, R.H. Colby, Polymer Physics (Oxford University Press, Oxford, 2003)

 

Indicazioni per non frequentanti

Nessuna

Non-attending students info

None

Modalità d'esame

Esame finale orale attraverso colloquio.

Assessment methods

Final oral exam with interactive discussion.

Updated: 29/07/2022 11:19