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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.

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Presentazione sul tema: "Elementi di Scienza dei Materiali e Applicazioni Elementi di Scienza dei Materiali e Applicazioni CNR-IMIP Paolo Ascarelli Area prioritaria di ricerca."— Transcript della presentazione:

1 Elementi di Scienza dei Materiali e Applicazioni Elementi di Scienza dei Materiali e Applicazioni CNR-IMIP Paolo Ascarelli Area prioritaria di ricerca dichiarata dinteresse dalla CEE (VI Programma Quadro) e dal MIUR Marzo 2003

2 Sommario Analisi delle necessità di formazione scientifica 1.Sostegno alla competitività in una economia della conoscenza 2.Sostegno allemancipazione a.Italia nella competizione tecnologica mondiale b.Scenario attuale c.Levoluzione storica a.Necessità della conoscenza scientifica Elementi di Scienza dei materiali e Applicazioni 1.Introduzione ed evoluzione, definizioni 2.Le particelle metalliche nanostrutturate

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

4 Analisi delle necessità La necessità di mantenere la competitività dellItalia 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 Lanalisi individua due direttrici fondamentali

5 Età nella quale il fattore dinamico di crescita verso il benessere di una società non è tanto il fare quanto il sapere 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 Il fluido vitale, il sangue, di questa nuova era è fatto di cultura, in particolare di cultura scientifica e formazione Mantenere la competitività nellera della conoscenza Un Paese ha due leve su cui agire per migliorare la competitività della propria economia sui mercati internazionali: 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 Perché

6 Competitività dellItalia

7 I parametri su cui si basa la stima della competitività di un Paese sono essenzialmente: leconomia (costo della vita, consumi finali, valore aggiunto),leconomia (costo della vita, consumi finali, valore aggiunto), linternazionalizzazione (bilancia dei pagamenti, tasso di cambio, importazione, protezionismo nazionale),linternazionalizzazione (bilancia dei pagamenti, tasso di cambio, importazione, protezionismo nazionale), il governo (debito nazionale, efficienza dello Stato, politiche fiscali),il governo (debito nazionale, efficienza dello Stato, politiche fiscali), la finanza (costo del denaro, disponibilità di capitali, dinamismo dei mercati, efficienza del settore bancario),la finanza (costo del denaro, disponibilità di capitali, dinamismo dei mercati, efficienza del settore bancario), le infrastrutture (infrastrutture di base, tecnologiche, ambiente, autosufficienza energetica),le infrastrutture (infrastrutture di base, tecnologiche, ambiente, autosufficienza energetica), la gestione (produttività, costo del lavoro, efficienza gestionale),la gestione (produttività, costo del lavoro, efficienza gestionale), scienza e tecnologia (spesa e addetti in scienza e ricerca, gestione della tecnologia, ambiente scientifico),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)la popolazione (caratteristiche, occupazione, qualità di vita, attitudini e valori)

8 Globalizzazione La globalizzazione delimita due aree geografiche: Unarea con alto sviluppo e alta capacità di innovazione, grandi risorse finanziarie ed alto costo del lavoroUnarea 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 Unarea a basso sviluppo e bassa capacità di innovazioneUnarea a basso sviluppo e bassa capacità di innovazione Tale area è definitivamente dipendente dalla prima ed è più adatta ad una attività manifatturiera LItalia si trova al limite di questa seconda areaLItalia si trova al limite di questa seconda area

9 Circa il 90% delle imprese italiane ha meno di 10 dipendenti Circa il 90% delle imprese italiane ha meno di 10 dipendenti Il 49% della popolazione occupata lavora in aziende con meno di 10 unità lavorative Il 49% della popolazione occupata lavora in aziende con meno di 10 unità lavorative Nellindustria, loccupazione media è di 8.6 unità a fronte di 15 della media europea Nellindustria, loccupazione media è di 8.6 unità a fronte di 15 della media europea Situazione economica odierna italiana

10 Italia e Hi-Tech Esportazione Hi-Tech sul totale della manifattura nel 1997 Quota italiana nelle esportazioni mondiali Hi-Tech

11 Ricerca scientifica e PIL LItalia 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 LItalia 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 I nostri scienziati hanno una produttività simile ai colleghi Ma le industrie italiane non credono e non necessitano di una scientificizzazione della produzione Ma le industrie italiane non credono e non necessitano di una scientificizzazione della produzione Spesa sostenuta dalle industrie in % rispetto al PIL Spesa sostenuta dalle industrie in % rispetto al PIL LItalia ha perso il treno dellHi-Tech LItalia ha perso il treno dellHi-Tech Aziende private

12 La spesa pro-capite in ricerca ed il numero di ricercatori ogni lavoratori sono circa la metà del valore medio dei maggiori Paesi europei La spesa pro-capite in ricerca ed il numero di ricercatori ogni lavoratori sono circa la metà del valore medio dei maggiori Paesi europei Nel periodo tra il 1990 e il 1997, laumento di ricercatori è stato del Nel periodo tra il 1990 e il 1997, laumento di ricercatori è stato del La ricerca di base è fortemente sottodimensionata e praticamente inesistente nelle imprese La ricerca di base è fortemente sottodimensionata e praticamente inesistente nelle imprese Oltretutto, il livello di istruzione secondaria superiore risulta essere Oltretutto, il livello di istruzione secondaria superiore risulta essere Ricerca in Italia 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 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

13 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 scienzaLa 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 rapporti fra la ricerca, listruzione, lo sviluppo economico e culturale e quindi del benessere futuro del PaeseImportanza della comprensione e della determinazione dei rapporti fra la ricerca, listruzione, 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 sistemaRecupero 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 coscienti di una sempre maggiore pressione ad una loro omologazione 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 vitaRiteniamo che gli individui debbano potersi dotare di alcuni strumenti che permettano loro di essere coscienti di una sempre maggiore pressione ad una loro omologazione 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

14 Concetto di conoscenza di F. Bacone (1627, La Nuova Atlantide): La scienza come strumento di arricchimento e beneficio della vita umana, ripudio dellesclusività della conoscenza, concetto ripreso dagli illuministi francesi autori dellEnciclopedia ( ) La scienza come strumento di arricchimento e beneficio della vita umana, ripudio dellesclusività della conoscenza, concetto ripreso dagli illuministi francesi autori dellEnciclopedia ( ) 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 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

15 Concetto di Illuminismo secondo I. Kant (1784): lIlluminismo è luscita delluomo da una condizione di minorità di cui egli stesso è responsabile lIlluminismo è luscita delluomo da una condizione di minorità di cui egli stesso è responsabile Minorità è lincapacità di servirsi del proprio intelletto senza la guida di altri Minorità è lincapacità di servirsi del proprio intelletto senza la guida di altri La responsabilità di tale minorità va attribuita alluomo stesso quando la sua causa non risiede nellintelletto, ma dipende dalla mancanza di determinazione e di coraggio nel servirsene La responsabilità di tale minorità va attribuita alluomo stesso quando la sua causa non risiede nellintelletto, ma dipende dalla mancanza di determinazione e di coraggio nel servirsene Abbi il coraggio di servirti del tuo stesso intelletto!Abbi il coraggio di servirti del tuo stesso intelletto!

16 Necessità odierna ed attualità dellIlluminismo LIlluminismo come nostra motivazione riguardo la divulgazione della scienza e soprattutto del metodo scientifico, proposto per primo da Galileo …lIlluminismo non è la caratteristica di unepoca, ma un dovere etico da trasmettere da una generazione allaltra, quindi un compito infinito che si ripropone ogni volta che una fede, una visione del mondo, unautorità, 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…lIlluminismo non è la caratteristica di unepoca, ma un dovere etico da trasmettere da una generazione allaltra, quindi un compito infinito che si ripropone ogni volta che una fede, una visione del mondo, unautorità, 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 lemancipazione del genere umano dallo stato di minorità La scienza come doverosità etica per lemancipazione del genere umano dallo stato di minorità

17 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 luso laico della ragione nella ricerca filosofica e scientifica, fino a diventare la parola dordine 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 leducazione e la cultura, riformare le istituzioni, limitare linfluenza delle Chiese sugli Stati e sulleducazione. P.Casini, Introduzione allIlluminismo

18 Hunc igitur terrorem animi tenebrasque necesset non radii solis neque lucida tela diei discutiant, sed naturae species ratioque. Lucrezio, De rerum natura, 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 dalluna allaltra, e senza che la cieca notte ti impedisca il cammino, ti aprirai un varco fino allultimo segreto della natura, tanto i fatti verseranno luce sui fatti. Ibidem,

19 LO SCENARIO La tradizione culturale scientifica e tecnologica italiana La scienza e la tecnica sono state nellevoluzione dellItalia moderna per lo più slegate dai problemi e dai bisogni vitali del Paese. Perché ?

20 Le OriginiLe Origini Le origini della rivoluzione culturale ed industriale dellEuropa 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.Le origini della rivoluzione culturale ed industriale dellEuropa 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 allInghilterra, Olanda, Svizza e città baltiche protestantiIl baricentro di tale sviluppo si spostò dalla Spagna, Italia, Francia e Germania meridionale allInghilterra, 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 latteggiamento mentale che le era stato proprio per generazioni (e che per generazioni era stato tollerato) in alcune regioni fu dichiarato eretico ed intollerabileTale mutamento dipese dal fatto che la vecchia èlite economica europea fu costretta ad assumere posizioni eretiche (calviniste) perché latteggiamento mentale che le era stato proprio per generazioni (e che per generazioni era stato tollerato) in alcune regioni fu dichiarato eretico ed intollerabile

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

22 Nel mondo protestante andò diversamente. Sulletica calvinista si modellò lo spirito della nascente borghesia capitalista.Nel mondo protestante andò diversamente. Sulletica 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 sullusura) moralmente lecito percepire un interesse sul mutuo.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 sullusura) moralmente lecito percepire un interesse sul mutuo. La volontà di comprendere la natura per comprendere Dio diede alle Scienze della natura la priorità.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 linteresse per la tecnologia e per le finanze.Inoltre, il desiderio di aiutare lo sviluppo della società stimolò linteresse per la tecnologia e per le finanze.

23 Avversità dei governi alla Scienza –Tendenza allidentificazione dellilluminismo con la rivoluzione Penalizzazione delle discipline scientifiche negli atenei 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 Conseguente scarsità di risorse per ricerca e formazione in tali ambiti Pesantissime ripercussioni sullo sviluppo dellindustria moderna, impossibilità di determinare scelte di fondo nella politica nazionale per la ricerca Pesantissime ripercussioni sullo sviluppo dellindustria moderna, impossibilità di determinare scelte di fondo nella politica nazionale per la ricerca Verso lunità dItalia – i governi sorti dalla Restaurazione

24 Assenza della Ricerca Organizzata in Italia –Mancata istituzione di cattedre universitarie, laboratori e gruppi di ricerca La chimica è ritenuta «perniciosa e pericolosa» –Ricerca condotta dai singoli ricercatori con fondi privati –Ideologia dominante della scienza come 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 sperimentali Contemporaneamente, allestero (es. Germania) si instaura invece uno stretto rapporto di cooperazione tra università e industria Conseguente produzione in Italia di notevoli lavori teorici (da Avogadro fino a Cannizzaro) con assenza di attività sperimentali Contemporaneamente, allestero (es. Germania) si instaura invece uno stretto rapporto di cooperazione tra università e industria La prima metà del 1800

25 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 dellattività 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 La seconda metà del 1800

26 Studio dei fenomeni di Elettricità e Magnetismo –Pacinotti concepisce lanello dinduzione (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 dellambiente scientifico italiano per le applicazioni pratiche e produttive Disinteresse dellambiente scientifico italiano per le applicazioni pratiche e produttive Arretratezza economica dellambiente italiano In Francia la Société Gramme si impadronisce dellidea di Pacinotti sfruttandola a fini commerciali Arretratezza economica dellambiente italiano In Francia la Société Gramme si impadronisce dellidea di Pacinotti sfruttandola a fini commerciali La seconda metà del 1800

27 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 delluomo di scienza» Lambiente industriale italiano è impreparato alla produzione di motori: la scoperta di Ferraris ottiene pratica applicazione allestero La seconda metà del 1800

28 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 sullattività 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 disinteresse Partito per lInghilterra, Marconi trova allestero successi e riconoscimenti La seconda metà del 1800

29 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 dellinutilità della formazione di maestranze (es. industria tessile) in assenza di industrie (nellItalia prevalentemente agricola del tempo) Mancanza di precise sollecitazioni industriali per la formazione della figura del perito, convinzione dellinutilità della formazione di maestranze (es. industria tessile) in assenza di industrie (nellItalia prevalentemente agricola del tempo) Mancanza di una capacità di pianificazione dello sviluppo economico e produttivo nazionale sul lungo periodo Mancanza di una capacità di pianificazione dello sviluppo economico e produttivo nazionale sul lungo periodo Convinzione che lunico ruolo economico della scienza sia il risparmio delle risorse e delle finanze pubbliche Il ministro Baccelli si riferisce alla situazione della ricerca dichiarando: «Vexatio dat intellectum» Convinzione che lunico ruolo economico della scienza sia il risparmio delle risorse e delle finanze pubbliche Il ministro Baccelli si riferisce alla situazione della ricerca dichiarando: «Vexatio dat intellectum» La seconda metà del 1800

30 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 Stimolo della compenetrazione tra Università e Industria Richiesta di una preparazione notevolmente elevata al personale impiegato 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 ricerca Nulla di tutto questo avviene in Italia –I pochi prodotti tecnologici italiani vivono di imitazione e non sono competitivi o davanguardia in campo tecnico –Significativo lesempio delle macchine tessili e locomotrici: Le scelte aziendali e governative nazionali sono volte ad acquistare dallestero prodotti competitivi La seconda metà del 1800

31 Il divario tra lItalia e lEuropa –In Germania luniversità si era adeguata ai bisogni industriali grazie alla forte spinta degli industriali –In Italia luniversità 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?» La seconda metà del 1800

32 Lo Sviluppo Industriale e la crisi della Ricerca Lo sviluppo del pensiero scientifico e landamento della struttura produttiva di qualsiasi paese in generale non procedono di pari passo Ciò è particolarmente vero nel caso italiano: Lo sviluppo del pensiero scientifico e landamento della struttura produttiva di qualsiasi paese in generale non procedono di pari passo Ciò è particolarmente vero nel caso italiano: –Pur cominciando il periodo di decollo delleconomia 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 Letà Giolittiana ( )

33 Lo Sviluppo Industriale Italiano Il decollo delleconomia in Italia incomincia quindi in maniera slegata dalla ricerca: Il decollo delleconomia 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 I primi del 1900 Scarso stimolo al progresso tecnico industriale Tendenza al rialzo dei prezzi Manodopera a basso costo Politica protezionistica

34 Lo Scenario tra le due Guerre –Allinizio del secolo la scienza italiana non ha ancora conquistato un posto di primo piano nella cultura, nella società e nelleconomia Lo stesso Mussolini è consapevole dellarretratezza italiana –Spostamento del centro dinteresse scientifico dalla scienza pura alle applicazioni pratiche (anni 20) –Il regime mira allautarchia perseguita mediante uno stretto legame tra politica e ricerca scientifica Reazioni di esponenti scientifici: rivendicazione dellunitarietà inscindibile della scienza pura ed applicata e difesa della libertà di ricerca matematica (Bottazzi, Severi) Reazioni di esponenti scientifici: rivendicazione dellunitarietà inscindibile della scienza pura ed applicata e difesa della libertà di ricerca matematica (Bottazzi, Severi) La prima metà del 1900

35 Il Consiglio Nazionale delle Ricerche –LItalia 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 La prima metà del 1900 Leffettiva maturazione del CNR avviene in concomitanza con lavviamento della guerra –Impossibilità di esprimere il reale potenziale di lavoro –Nomina di Badoglio come presidente, emblematico dellimbalsamazione dellente

36 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 Elevate tensioni Alte pressioni Alte pressioni Intensi campi magnetici Intensi campi magnetici Basse temperature Basse temperature Il CNR avrebbe dovuto costituire lanello 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 –Organizzazione e interscambio di laboratori e risorse La prima metà del 1900

37 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 dogmatica Non muta la concezione minoritaria della scienza rispetto ad altre componenti culturali. Si perde limmagine di «scienza utile» Il dopoguerra Dopo l8 settembre si ha un arresto della ricerca Caos organizzativo Guerra Crollo delle istituzioni statali Assenza di finanziamenti

38 La Ricostruzione –Ritorno a una visione «ottocentesca» della scienza, funzionale allelevamento spirituale del popolo –Opposizione a eventuali aumenti di spesa per la ricerca, ritenuti responsabili dellaumento 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 dellenorme importanza pratica della scienza e della tecnica, considera gli studi umanistici culturalmente superiori Il dopoguerra

39 Le prospettive economiche dellItalia –Passaggio dellindustria 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) Importazione dei risultati della scienza estera (Stati Uniti) Inizio della dipendenza economica dallestero Inizio della dipendenza economica dallestero –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 dintervento efficace sui problemi di fondo del paese Impossibilità di programmare un piano dintervento efficace sui problemi di fondo del paese Suddivisione dei finanziamenti in base ai rapporti di potere Suddivisione dei finanziamenti in base ai rapporti di potere Il dopoguerra

40 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 lUniversità –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 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 Il dopoguerra

41 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 Individuazione zone sismiche meridionali Valorizzazione agricola e mineraria della Sila Valorizzazione agricola e mineraria della Sila Sfruttamento delle saline siciliane Sfruttamento delle saline siciliane Talassografia Talassografia Per il problema sismico furono stanziate £ Listituto di Fisica sperimentale del Politecnico di Torino ebbe £ per «Ricerche sullabbagliamento dei riflettori di automobili a luce bianca e gialla» Per il problema sismico furono stanziate £ Listituto di Fisica sperimentale del Politecnico di Torino ebbe £ per «Ricerche sullabbagliamento dei riflettori di automobili a luce bianca e gialla» Il dopoguerra

42 Lanalisi 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 lindustria italiana ha ricapitolato diverse fasi che si sono succedute nei paesi davanguardia per tre decenni –Si individua nel basso costo del lavoro un fattore condizionante il basso ritmo di sviluppo delle innovazioni tecniche La seconda metà del 1900

43 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 lorganizzazione della ricerca universitaria per formare quadri altamente qualificati Si evidenzia lutilità delluniversità per la formazione di forza lavoro, ma non della ricerca come motore economico produttivo Si evidenzia lutilità delluniversità 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 allambiente universitario Formazione di un Ministero della Ricerca di facciata, utile solo politicamente, senza fondi né poteri e inviso allambiente universitario Emerge lincapacità di programmare precisi obiettivi di sviluppo su cui impegnare i ricercatori Emerge lincapacità di programmare precisi obiettivi di sviluppo su cui impegnare i ricercatori La seconda metà del 1900

44 La crisi delle iniziative energetiche italiane –Enrico Mattei, presidente dellENI, 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 Rallentamento nella spinta verso una politica energetica nazionale Rallentamento nella spinta verso una politica energetica nazionale –Felice Ippolito, segretario del CNEN, responsabile dello sforzo nucleare italiano (lItalia 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 CNEN e ENEL abbandonano le iniziative in campo nucleare. Si punta sul metano (importato) come risorsa energetica La seconda metà del 1900

45 Il rapporto Freeman-Young e la nascita dellIMI –1965: il rapporto Freeman-Young sullo sviluppo dellEuropa 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, lassenza di una strategia della ricerca per limpiego dei fondi provocano la dispersione delle risorse IMI La seconda metà del 1900

46 Conseguenze del rapporto Freeman-Young –Sarebbe stato indispensabile che dal rapporto scaturisse un piano di intervento economico, che invece venne a mancare –Caglioti, membro dellAccademia Nazionale delle Scienze, dimostra che non si è ancora in grado di concepire tali programmi: «LItalia 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» La seconda metà del 1900

47 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 Riduzione della partecipazione italiana ai programmi spaziali comunitari Ripiegamento ulteriore dellindustria sullavviamento di ricerche con sviluppi applicativi a breve termine Ripiegamento ulteriore dellindustria sullavviamento di ricerche con sviluppi applicativi a breve termine Gli anni 70

48 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 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 teoriche in processi produttivi Il complesso procedimento che porta dalla teoria alla produzione richiede unorganizzazione della ricerca e delleconomia che lItalia di oggi è lontana dallavere Situazione attuale

49 … Allora il bronzo fu più apprezzato e loro venne negletto come un metallo inutile la cui punta smussata si ripiegava facilmente. Oggi è il bronzo che giace disdegnato, e loro gli ha rubato lonore 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 dallombra e dal disprezzo … … Allora il bronzo fu più apprezzato e loro venne negletto come un metallo inutile la cui punta smussata si ripiegava facilmente. Oggi è il bronzo che giace disdegnato, e loro gli ha rubato lonore 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 dallombra e dal disprezzo … (Lucrezio, De Rerum Natura) Scienza dei materiali

50 Storicamente, lo sviluppo e lavanzamento della società sono stati collegati alla capacità dei suoi membri di produrre e di manipolare i materiali per rispondere ai loro bisogni Storicamente, lo sviluppo e lavanzamento 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 a.C.) Età paleolitica o della pietra grezza (fino a a.C.) Vita delluomo basata sulla caccia e pesca. Gli utensili sono pietre ed ossi scheggiati Vita delluomo basata sulla caccia e pesca. Gli utensili sono pietre ed ossi scheggiati Età paleolitica o della pietra levigata ( a.C.) Età paleolitica o della pietra levigata ( a.C.) Introduzione dellagricoltura e dellallevamento. La lavorazione delle pietre permette la realizzazione di strumenti rudimentali Introduzione dellagricoltura e dellallevamento. La lavorazione delle pietre permette la realizzazione di strumenti rudimentali Età neolitica ( a.C.) Età neolitica ( a.C.) Utilizzo dei metalli (oro, argento, rame, stagno) Utilizzo dei metalli (oro, argento, rame, stagno) Età del bronzo ( a.C.) Età del bronzo ( a.C.) Grande progresso tecnologico: scoperta della versatilità della lega di rame e stagno, che coincide con la fine della preistoria e linizio della storia Grande progresso tecnologico: scoperta della versatilità della lega di rame e stagno, che coincide con la fine della preistoria e linizio della storia Età del ferro (1100 a.C) Età del ferro (1100 a.C) Conoscenza di questo metallo, caratterizzato da una elevata resistenza, utile alla realizzazione di altri strumenti Conoscenza di questo metallo, caratterizzato da una elevata resistenza, utile alla realizzazione di altri strumenti Scienza dei materiali Storia dei materiali

51 Anno Forza/Densità (in ×10 6 ) Forza/Densità (in ×10 6 ) LegnoPietra Bronzo Fusione del Ferro Acciaio Alluminio Materialicompositi Fibre di carbonio Anno Temperatura operativa dei motori (°C) Motore a vapore Motore aereonautico raffreddato ad aria Motore moderno Turbojet Evoluzione dei materiali Evoluzione nella resistenza dei materiali Progresso nella temperatura di lavoro dei motori resa possibile attraverso lutilizzo dei materiali moderni

52 Utensili in acciaio Carburo di tungsteno Ceramici Diamante policristallino, Nitruro di Boro cubico Velocità di taglio (m/min) Attenuazione ottica (dB/km) 3000 a.C Egizi Fenici Ottiche in vetro Fibre ottiche Evoluzione dei materiali Evoluzione nella velocità di taglio degli utensili Evoluzione nella trasparenza dei materiali al fine di trasportare informazioni

53 Fu scoperto che le proprietà di un materiale possono essere alterate da trattamenti chimici e dalladdizione di altre sostanze: ma a questo punto, luso 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 Fu scoperto che le proprietà di un materiale possono essere alterate da trattamenti chimici e dalladdizione di altre sostanze: ma a questo punto, luso 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 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 Storia moderna dei materiali

54 La disciplina della scienza dei materiali consiste nello studio delle correlazioni che intercorrono tra le strutture e le proprietà dei materiali 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 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 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 Proprietà dei materiali: meccaniche, elettriche, termiche, magnetiche, ottiche, resistenza al deterioramento Definizioni

55 Materiali strutturali (durezza, resistenza, robustezza, rigidità, peso, deformazione e rottura sotto sforzo) 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 Materiale elettrici ed elettronici (conducibilità elettrica, risposta a campi elettrici, polarizzazione) semiconduttori, metalli, isolanti, ceramici, polimeri Materiali polimerici (plastiche, ecc.) Materiali polimerici (plastiche, ecc.) Materiali magnetici (risposta allo stimolo di campi magnetici) Materiali magnetici (risposta allo stimolo di campi magnetici) Materiali ottici (risposta alla radiazione luminosa, riflettività, trasparenza, indice di rifrazione) fibre ottiche, cristalli liquidi Materiali ottici (risposta alla radiazione luminosa, riflettività, trasparenza, indice di rifrazione) fibre ottiche, cristalli liquidi Biomateriali (materiali biocompatibili, utili per applicazioni biomediche) Biomateriali (materiali biocompatibili, utili per applicazioni biomediche) Materiali avanzati (materiali compositi, rivestimenti protettivi) Materiali avanzati (materiali compositi, rivestimenti protettivi) Materiali moderni in condizioni estreme (materiali nanostrutturati e amorfi) Materiali moderni in condizioni estreme (materiali nanostrutturati e amorfi) Funzionalità dei materiali

56 Verso linfinitesimamente piccolo 3mm 1mm 50 m 20 m 2.5 m 740nm 400nm 80nm 16nm 2nm 0.1nm Macro Micro Nano Formica MicroprocessoreMicro-ingranaggio CapelliGlobuli rossiLuce visibile Transistor sperimentale Virus dellinfluenza Nanotubo Atomi

57 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 = m) nascono a)dal conoscere il comportamento della materia progressivamente più suddivisa fino alla selezione dei componenti base della struttura b)dallinteresse dellapplicabilità in ambito industriale (ad esempio nella chimica lutilità di massimizzare il rapporto superficie-volume) In seguito si vedrà come leffetto delle dimensioni abbia influenza su tre proprietà: a)la fusione b)le proprietà ottiche c)la reattività chimica

58 Solido Liquido Gas Stato ordinato Stato disordinato Pressione Temperatura T, punto triplo C, punto critico Fusione Solido LiquidoGas Nanoaggregato Diagramma di stato, tipico di ogni sostanza Volume sfera = /6 D 3 Superficie sfera = D 2 Superficie di un cubo di ugual volume =3.89D 2 E=E P +E C, EP=1/2V P (d nm ) E C =1/2kT E P >E C Stato ordinato E P >E C Stato disordinato

59 Temperatura di Fusione Perdita dellordine atomico a lungo raggio Acquisizione della forma sferica Fusione Temperatura, T Fa (°C) 2a s (A) ° L calore latente di fusione S, l densità del solido e del liquido T F, T Fa temperature di fusione del solido e delle particelle a S, a l raggio della particella nel solido e nel liquido S, l tensione superficiale del solido e del liquido

60 Proprietà ottiche E Il colore delloro 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 1 A <1 nm 3 – 30 nm nm Oro °

61 Proprietà ottiche Distanza tra le particelle Densità ottica Lunghezza donda (A) Oro colloidale ° E evidente che la posizione in lunghezza donda e la larghezza del picco dipendono dalle dimensioni della particella… …e anche dalla distanza reciproca

62 Reattività chimica Lenergia W P 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: 1.Effetto di interazione coulombiana dovuta al caricamento 2.Effetto della carica immagine e-e- WPWP WmWm R R Atomo

63 Si ricorda che lelettronegatività di un sistema A (la capacità di cedere e acquisire elettroni) è la somma dellenergia di ionizzazione e dellaffinità elettronica (guadagnata nel portare un elettrone allinterno del sistema A) Unindicazione 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 Reattività chimica


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