Ingegneria delle Nanotecnologie - Nanotechnology Engineering

1. Elementi di fisica dei fluidi: Equazioni di Hamilton e richiami di meccanica statistica. Densità di massa, quantità di moto ed energia macroscopiche. Equazioni di bilancio per le grandezza macroscopiche. Elementi di struttura dei liquidi. 2. Il fluido come un continuo: Il sistema completo delle equazione della fluidodinamica. Sorgenti di irreversibilità nel moto dei fluidi. Relazioni costitutive e reologia. 3. Parametri che governano il flusso in in condizioni micro-confinate: Analisi dimensionale, numeri di Reynolds, Mach, Knudsen. Applicazione ai dispositivi a flusso. 4. Flussi di liquidi: Soluzioni elementari per flussi in micro-canali. Scorrimento a parete e lunghezza di scorrimento. 5. Le equazioni di Stokes: Flusso intorno ad una sfera e resistenza. Il metodo della funzione di Green. 6. Modelli numerici ai volumi finiti e metodo di proiezione. Il flusso in un micro-pompa. 7. Elementi di micropropulsione e micronuotatori. 8. Tensione superficiale: Bagnabilità. Flussi temocapillari. Microbolle e risposta acustica. Dispositivi di movimentazione per electro-wetting. Superfici super-idrofobe, stati di Cassie e di Wenzel. 9. Moto Browniano: Introduzione al moto Browniano e trasporto di particelle di meso-scala. Equazione di Langevin ed equazione di Fokker-Planck. 10. Modelli per film sottili e membrane: Bilantità di moto e energia per le membrane. Modelli di membrane biologiche. 11. Reologia di fluidi complessi: Viscoelasticità e reologia delle soluzione di macromolecole polimeriche. 12. Teoria della riposta lineare. Valutazione dei coefficienti di diffusione e viscosità a partire da simulazioni di dinamica molecolare. 13.Tecniche di fabbricazione di microdispositivi.

Buona conoscenza dell’analisi matematica e comprensione degli aspetti fondamentali delle equazioni differenziali ordinare e alle derivate parziali. Buona comprensione della meccanica, della fisica di base, della termodinamica e di elementi di meccanica statistica.

1. Micro/Nanofluidics, Dispense a cura del Docente. 2. Microflow and Nanoflow, G. Karniadakis, A. Beskok, N. Aluru, Springer. 3. Introduction to Microfluidics, P. Tabeling, S. Chen, Cambridge University.

Il corso è per la maggior parte insegnato con lezioni frontali. Circa un quarto del corso è dedicato a lezioni di laboratorio (sperimentale e numerico) dove l’allievo impara gli elementi di base della fabbricazione di dispositivi microfluidici, delle tecniche sperimentali per la loro caratterizzazione e mette in pratica le relative tecniche di simulazione.

Sebbene non obbligatoria, le frequenza delle lezioni è caldamente consigliata.

La valutazione dell’allievo avviene tramite un esame con una parte scritta di 3 ore seguita da una prova orale, tipicamente sostenuta il giorno seguente quello della prova scritta. La prova scritta consiste nel rispondere ad una serie di domande aperte (tipicamente quattro) relative alle diverse parti del programma svolto a lezione. Ciascuna risposta è valutata con un voto da 1 a 10 ed il voto relativo alla prova scritta è ottenuto come media dei voti delle risposte riportata in trentesimi. Fa seguito una prova orale dedicata alla discussione della prova scritta e all’approfondimento di ulteriori temi, in particolare connessi alle lezioni di laboratorio ed ad aspetti approfonditi in autonomia dall’allievo. La struttura dell’esame viene ampiamente illustrata e discussa con gli allievi sia nella lezione di presentazione del corso che alla fine del semestre. La prova di esame mira a valutare quanto l’allievo abbia acquisito le competenze descritte negli obiettivi formativi, con particolare riferimento alla: a) comprensione dei concetti e delle tecniche di analisi illustrati durante le lezioni; b) capacità di apprendere in autonomia; c) capacità di analizzare in modo critico un problema di micro-nanofluidica. d) capacità di sintesi e abilità comunicativa.

Il corso è per la maggior parte insegnato con lezioni frontali. Circa un quarto del corso è dedicato a lezioni di laboratorio (sperimentale e numerico) dove l’allievo impara gli elementi di base della fabbricazione di dispositivi microfluidici, delle tecniche sperimentali per la loro caratterizzazione e mette in pratica le relative tecniche di simulazione.