Elementi di Scienza dei Materiali e Applicazioni

Presentazione sul tema: "Elementi di Scienza dei Materiali e Applicazioni"— Transcript della presentazione:

1 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

2 Analisi delle necessità di formazione scientifica
Sommario 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

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

4 Analisi delle necessità
L’analisi individua due direttrici fondamentali 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

5 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 Mantenere la competitività nell’era della conoscenza Perché 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

6 Competitività dell’Italia

7 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)

8 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

9 Circa il 90% delle imprese italiane ha meno di 10 dipendenti
Situazione economica odierna italiana 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 Nell’industria, l’occupazione media è di 8.6 unità a fronte di 15 della media europea

10 Esportazione Hi-Tech sul totale della manifattura nel 1997
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
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 Aziende private

12 Ricerca in Italia 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, 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

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 scienza Importanza della comprensione e della determinazione dei rapporti fra 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 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 dell’esclusività della conoscenza, concetto ripreso dagli illuministi francesi autori dell’Enciclopedia ( ) 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 “Abbi il coraggio di servirti del tuo stesso intelletto!”
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!”

16 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

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 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

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 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”,

19 La tradizione culturale scientifica e tecnologica italiana
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 ?

20 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

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). 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.

22 Nel mondo protestante andò diversamente
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.

23 Avversità dei governi alla Scienza
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

24 Assenza della Ricerca Organizzata in Italia
La prima metà del 1800 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, all’estero (es. Germania) si instaura invece uno stretto rapporto di cooperazione tra università e industria

25 Studio della Matematica
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

26 Studio dei fenomeni di Elettricità e Magnetismo
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 italiano In Francia la Société Gramme si impadronisce dell’idea di Pacinotti sfruttandola a fini commerciali

27 Studio dei fenomeni di Elettricità e Magnetismo
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

28 Studio dei fenomeni di Elettricità e Magnetismo
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 disinteresse Partito per l’Inghilterra, Marconi trova all’estero successi e riconoscimenti

29 Cause della situazione tecnologica italiana
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 pubbliche Il ministro Baccelli si riferisce alla situazione della ricerca dichiarando: «Vexatio dat intellectum»

30 La non competitività industriale italiana
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 ricerca Nulla 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

31 Il divario tra l’Italia e l’Europa
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?»

32 Lo Sviluppo Industriale e la crisi della Ricerca
L’età Giolittiana ( ) 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 passo Ciò 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

33 Lo Sviluppo Industriale Italiano
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 Scarso stimolo al progresso tecnico industriale Tendenza al rialzo dei prezzi Manodopera a basso costo Politica protezionistica

34 Lo Scenario tra le due Guerre
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’economia Lo 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)

35 Il Consiglio Nazionale delle Ricerche
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

36 Il Consiglio Nazionale delle Ricerche
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 interscambio di laboratori e risorse

37 La Ricostruzione Crollo delle istituzioni statali Guerra
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 dogmatica Non muta la concezione minoritaria della scienza rispetto ad altre componenti culturali. Si perde l’immagine di «scienza utile» Dopo l’8 settembre si ha un arresto della ricerca Caos organizzativo Guerra Crollo delle istituzioni statali Assenza di finanziamenti

38 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

39 Le prospettive economiche dell’Italia
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

40 La situazione del CNR nel dopoguerra
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

41 La mancanza di un piano di lavoro per il CNR
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 £ L’istituto di Fisica sperimentale del Politecnico di Torino ebbe £ per «Ricerche sull’abbagliamento dei riflettori di automobili a luce bianca e gialla»

42 L’analisi della situazione economica
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

43 Gli anni del Miracolo Economico
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

44 La crisi delle iniziative energetiche italiane
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

45 Il rapporto Freeman-Young e la nascita dell’IMI
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

46 Conseguenze del rapporto Freeman-Young
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»

47 Crisi del modello americano in Europa
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

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 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 un’organizzazione della ricerca e dell’economia che l’Italia di oggi è lontana dall’avere

49 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)

50 Scienza dei materiali Storia 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 a.C.) Vita dell’uomo basata sulla caccia e pesca. Gli utensili sono pietre ed ossi scheggiati Età paleolitica o della pietra levigata ( a.C.) Introduzione dell’agricoltura e dell’allevamento. La lavorazione delle pietre permette la realizzazione di strumenti rudimentali Età neolitica ( a.C.) Utilizzo dei metalli (oro, argento, rame, stagno) 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 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

51 Evoluzione nella resistenza dei materiali
Anno Forza/Densità (in ×106) Legno Pietra Bronzo Fusione del Ferro Acciaio Alluminio Materiali compositi Fibre di carbonio Evoluzione dei materiali Evoluzione nella resistenza dei materiali Anno Temperatura operativa dei motori (°C) Motore a vapore Motore aereonautico raffreddato ad aria Motore moderno Turbojet Progresso nella temperatura di lavoro dei motori resa possibile attraverso l’utilizzo dei materiali moderni

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

53 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

54 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

55 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)

56 Transistor sperimentale
Verso l’infinitesimamente piccolo 3mm 1mm m 20m m nm 400nm 80nm 16nm 2nm 0.1nm Macro Micro Nano Formica Microprocessore Micro-ingranaggio Capelli Globuli rossi Luce visibile Transistor sperimentale Virus dell’influenza 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 = 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

58 Diagramma di stato, tipico di ogni sostanza
Nanoaggregato Fusione Diagramma di stato, tipico di ogni sostanza Solido Liquido Gas Stato ordinato disordinato Pressione Temperatura T, punto triplo C, punto critico Fusione Volume sfera = /6 D3 Superficie sfera = D2 Superficie di un cubo di ugual volume =3.89D2 Solido Liquido Gas E=EP+EC , EP=1/2VP(dnm) EC=1/2kT EP>EC Stato ordinato EP>EC Stato disordinato

59 Fusione Temperatura di Fusione
Perdita dell’ordine atomico a lungo raggio Acquisizione della forma sferica Fusione Temperatura, TFa (°C) 2as (A) 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

60 E 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 1 A <1 nm 3 – 30 nm nm Oro

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

62 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 e- WP Wm R RAtomo

63 Reattività chimica Si ricorda che l’elettronegatività di un sistema A (la capacità di cedere e acquisire elettroni) è la somma dell’energia di ionizzazione e dell’affinità elettronica (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