
Patrizia BOCCHETTA
Ricercatore Universitario
Settore Scientifico Disciplinare ING-IND/23: CHIMICA FISICA APPLICATA.
Dipartimento di Ingegneria dell'Innovazione
Centro Ecotekne Pal. O - S.P. 6, Lecce - Monteroni - LECCE (LE)
Segreteria, Piano terra
Telefono +39 0832 29 7368 - Fax +39 0832 325004
Professore Aggregato
Settore ING-IND/23 - Chimica Fisica Applicata
Chimica Fisica Applicata, Elettrochimica dei materiali, Accumulo e Conversione dell'energia, Celle a combustibile, Produzione di Idrogeno, Corrosione e Protezione dei Materiali, Materiali Nanostrutturati, Polimeri conduttori e biopolimeri, Wearable devices.
Dipartimento di Ingegneria dell'Innovazione
Centro Ecotekne Pal. O - S.P. 6, Lecce - Monteroni - LECCE (LE)
Segreteria, Piano terra
Telefono +39 0832 29 7368 - Fax +39 0832 325004
Professore Aggregato
Settore ING-IND/23 - Chimica Fisica Applicata
Chimica Fisica Applicata, Elettrochimica dei materiali, Accumulo e Conversione dell'energia, Celle a combustibile, Produzione di Idrogeno, Corrosione e Protezione dei Materiali, Materiali Nanostrutturati, Polimeri conduttori e biopolimeri, Wearable devices.
Curriculum Vitae
Patrizia Bocchetta ha conseguito nel 1999 la laurea in Ingegneria Chimica presso l’Università di Palermo, e nel 2003 il titolo di Dottore di Ricerca in Ingegneria Elettrochimica presso il Politecnico di Milano. Nel 1999 vince un premio di laurea erogato da Becromal s.p.a. (Milano). Dal 2003 al 2012 ha lavorato come Post Doc presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica dei Processi e dei Materiali dell’Università di Palermo. Da Aprile 2012 è Ricercatore a tempo indeterminato e Professore Aggregato nel Settore Scientifico Disciplinare "ING-IND/23 - Chimica Fisica Applicata" presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università del Salento.
E’ in possesso di Abilitazione Scientifica Nazionale al ruolo di Professore Associato (09/D2).
E’ Associate Editor di Journal of Composites Science ,Topic Editor di Molecules e Guest editor di Current Nanosciencee Materials (tutte indicizzate su Scopus e con I.F.).
Dal 2004 al 2009 è Professore a Contratto dell’ insegnamento “Chimica Fisica Applicata” (ING-IND/23) presso la Facoltà di Scienze MM.FF.NN, Corso di laurea in Specialistica in Chimica, dell’Università degli Studi di Palermo. Nell’anno 2006 è Professore a Contratto dell’ insegnamento “Chimica Industriale” (CHIM/07) presso la Facoltà di Scienze MM.FF.NN Corso di laurea in Specialistica in Chimica dell’Università degli Studi di Palermo. Dal 2012 al 2016 è stato Professore Aggregato dell’ insegnamento “Chimica Fisica Applicata” (ING-IND/23) presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università del Salento. Dal 2021-22 è titolare degli insegnamenti "Chimica Fisica Applicata alla Bioingegneria" e "LABORATORIO DI TECNOLOGIE ELETTROCHIMICHE PER L'AEROSPAZIO".
La sua attività di ricerca si è sviluppata nel campo dell’Elettrochimica dei Materiali, ed in particolare sulle seguenti tematiche: 1) studio del processo di crescita di film porosi su alluminio; 2) elettrodeposizione e caratterizzazione di nuovi elettrocatalizzatori a base di polimeri conduttori per la riduzione di ossigeno in celle a combustibile (PEMFC, SOFC) e batterie Zn-aria; 3) nuove membrane a scambio protonico a base di bio-polimeri naturali (chitosano) per celle a combustibile (PEMFC e DMFC); 4) batterie Zn-aria a Zn particolato; 5) preparazione e funzionalizzazione di membrane anodiche di allumina per applicazione in Thin Film Fuel Cells;6) fabbricazione elettrochimica di giunzioni metallo/ossido/semiconduttore organico per applicazione in dispositivi elettronici; 7) crescita elettrochimica e caratterizzazione di materiali nanostrutturati (ossidi, idrossidi di metalli e polimeri) per applicazioni energetiche e sensoristiche; 8) didattica della scienza.
È stata invitata a presentare Invited Lectures in diversi congressi internazionali. È co-autrice di 2 brevetti internazionali, e di più di 70 articoli su riviste internazionali. I risultati della sua ricerca le hanno consentito di vincere nel 2005 un premio internazionale come primo autore del lavoro “Preparation and characterization of novel proton conducting membranes for thin film fuel cell” assegnato al “1st International congress of young scientist on Hydrogen”, Eco-efficiency, Torino, Italy, 18-20 May 2005.
È attualmente Presidente dell’Associazione Open Science che ha come missione la divulgazione della cultura scientifica sul territorio.
Didattica
A.A. 2023/2024
CHIMICA FISICA APPLICATA ALLA BIOINGEGNERIA
Corso di laurea INGEGNERIA BIOMEDICA
Tipo corso di studio Laurea
Lingua ITALIANO
Crediti 6.0
Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 54.0
Anno accademico di erogazione 2023/2024
Per immatricolati nel 2022/2023
Anno di corso 2
Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE
Percorso PERCORSO COMUNE
Sede Lecce
LABORATORIO DI TECNOLOGIE ELETTROCHIMICHE
Corso di laurea INGEGNERIA INDUSTRIALE
Tipo corso di studio Laurea
Lingua ITALIANO
Crediti 6.0
Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 54.0
Anno accademico di erogazione 2023/2024
Per immatricolati nel 2021/2022
Anno di corso 3
Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE
Percorso Curriculum materiali
Sede Brindisi
A.A. 2022/2023
CHIMICA FISICA APPLICATA ALLA BIOINGEGNERIA
Corso di laurea INGEGNERIA BIOMEDICA
Tipo corso di studio Laurea
Lingua ITALIANO
Crediti 6.0
Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 54.0
Anno accademico di erogazione 2022/2023
Per immatricolati nel 2021/2022
Anno di corso 2
Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE
Percorso PERCORSO COMUNE
Sede Lecce
LABORATORIO DI TECNOLOGIE ELETTROCHIMICHE PER L'AEROSPAZIO
Corso di laurea INGEGNERIA INDUSTRIALE
Tipo corso di studio Laurea
Lingua ITALIANO
Crediti 6.0
Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 54.0
Anno accademico di erogazione 2022/2023
Per immatricolati nel 2020/2021
Anno di corso 3
Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE
Percorso CURRICULUM PRODUZIONE AEROSPAZIALE
Sede Brindisi
A.A. 2021/2022
CHIMICA FISICA APPLICATA ALLA BIOINGEGNERIA
Corso di laurea INGEGNERIA BIOMEDICA
Tipo corso di studio Laurea
Lingua ITALIANO
Crediti 6.0
Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 54.0
Anno accademico di erogazione 2021/2022
Per immatricolati nel 2020/2021
Anno di corso 2
Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE
Percorso PERCORSO COMUNE
Sede Lecce
A.A. 2020/2021
BATTERIES AND FUEL CELLS
Degree course MATERIALS ENGINEERING AND NANOTECHNOLOGY
Course type Laurea Magistrale
Language INGLESE
Credits 9.0
Owner professor PATRIZIA BOCCHETTA
Teaching hours Ore totali di attività frontale: 81.0
Ore erogate dal docente PATRIZIA BOCCHETTA: 54.0
Year taught 2020/2021
For matriculated on 2020/2021
Course year 1
Structure DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE
Subject matter PERCORSO COMUNE
Location Lecce
RESILENCE OF MATERIALS AND SAFETY OF INFRASTRUCTURES C.I.
Corso di laurea ENGINEERING FOR SAFETY OF CRITICAL INDUSTRIAL AND CIVIL INFRASTRUCTURES
Settore Scientifico Disciplinare ING-IND/23
Tipo corso di studio Laurea Magistrale
Crediti 3.0
Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 27.0
Per immatricolati nel 2023/2024
Anno accademico di erogazione 2024/2025
Anno di corso 2
Semestre Primo Semestre (dal 18/09/2024 al 22/12/2024)
Lingua
Percorso INDUSTRIAL ENGINEERING SYSTEMS (A233)
Conoscenze di chimica e fisica di base
1) Basi teoriche sui processi di corrosione elettrochimica dei materiali metallici
2) Strumenti di analisi, prevenzione e protezione dei materiali metallici
3) Rischio da corrosione galvanica per la sicurezza di strutture e infrastrutture
civili e industriali (reti di trasporto e distribuzione gas o dei sistemi di
conversione dell’energia (ad esempio le turbine eoliche).
4) Casi studio di alcuni disastri strutturali causati da una
mancata conoscenza e prevenzione della corrosione elettrochimica di strutture metalliche e/o in
cemento armato (es. .Crollo del ponte Morandi a Genova)
LEZIONI FRONTALI ED ESERCITAZIONI NUMERICHE
La frequenza delle lezioni ed esercitazioni del corso è consigliata vivamente. Le modalità d’esame prevedono una prova orale a fine corso. Per superare l'esame (conseguire un punteggio minimo di 18/30), lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza e una comprensione sufficienti su tutti gli argomenti trattati. Per conseguire il punteggio massimo 30/30 e lode, lo studente deve invece dimostrare di aver acquisito, non solo la conoscenza e la comprensione eccellenti di tutti gli argomenti trattati durante il corso, ma anche la capacità di applicarle alla progettazione ingegneristica, di esprimere giudizio autonomo su possibili soluzioni alternative, e di comunicare i risultati delle sue analisi. Durante la prova orale saranno proposte delle domande, sia quantitative che qualitative. Lo studente dovrà dimostrare capacità di elaborare le conoscenze fondamentali acquisite nel corso utilizzandole per superare i problemi pratici proposti, e capacità di esprimersi con un linguaggio tecnicamente corretto sui contenuti dell’insegnamento.
Lezioni
Introduzione al modulo del corso. Programma. Modalità d'esame. Introduzione ai processi di corrosione.
Chimica-fisica dei sistemi di corrosione. Equazione costitutiva delle catene galvaniche. Reazione globale di catena. Criterio di spontaneità per un processo galvanico e verso di circolazione della corrente. Aspetti generali della corrosione. Definizione di corrosione a secco e a umido. Meccanismo elettrochimico di corrosione. Reazioni di corrosione: processi anodici e catodici. Legge di Faraday. Aspetti termodinamici.Equazione di Nernst.
Diagrammi di Pourbaix. Costruzione e discussione di un diagramma di Pourbaix generico e specifico. Analisi dei diagrammi per la previsione dei processi di corrosione in un determinato ambiente.
Cinetica dei sistemi di corrosione. Sovratensioni nei processi anodici e catodici, condizioni di passività. Equazione di Butler-Volmer. Diagrammi di Evans. Leggi di funzionamento dei sistemi di corrosione.
Corrosione generalizzata e localizzata. Corrosione galvanica e per areazione differenziale. Forme di corrosione: generalizzata, contatto galvanico, pitting o vaiolatura, corrosione in fessura, attacco selettivo, corrosione intergranulare, corrosione per turbolenza, abrasione e sfregamento, sotto sforzo (stress corrosion cracking), corrosione-fatica, danneggiamento da idrogeno, corrosione microbiologica.
Metodi di protezione e prevenzione: inibitori di corrosione, rivestimenti, protezione catodica, protezione anodica. Il monitoraggio TEM mediante sensori inseriti nel calcestruzzo: i principi del metodo.
Degrado del calcestruzzo e delle armature: corrosione delle armature per carbonatazione e cloruri, corrosione delle armature di precompressione. Corrosione delle costruzioni metalliche negli ambienti naturali (atmosfera, terreno, acque).
Rischio da corrosione galvanica: norma UNI EN 206:2016, classificazione delle condizioni di esposizione e dei relativi rischi di corrosione. Corrosione indotta da carbonatazione, da cloruri esclusi quelli provenienti da acqua di mare, da cloruri presenti nell’acqua di mare. Definizione dei fattori di rischio in fase di progettazione relativi a condizione di esposizione (ambiente dove sorge l’opera, e quindi la pericolosità, dipendente dai fattori esterni) e vulnerabilità propria della struttura (dipendente dai fattori interni: materiali, progettazione e realizzazione etc.).
Casi studio: es. crollo ponte Morandi a Genova.
Esercitazioni
Attività numeriche sulle tematiche del corso.
Materiale fornito dal docente.
Electrochemical Methods - Fundamentals and Applications, A. J. Bard, L. R. Faulkner, Wiley (II edition), 2001
Modern Electrochemistry 2B, 2nd edition J. O'M. Bockris e A.K.N. Reddy Kluwer Academic/Plenum Publishers NY (2000)
Pietro Pedeferri, Corrosione e protezione dei materiali metallici. Vol. I e Vol. II, polipress, 2007, Milano Italia
RESILENCE OF MATERIALS AND SAFETY OF INFRASTRUCTURES C.I. (ING-IND/23)
RESILENCE OF MATERIALS AND SAFETY OF INFRASTRUCTURES C.I.
Corso di laurea ENGINEERING FOR SAFETY OF CRITICAL INDUSTRIAL AND CIVIL INFRASTRUCTURES
Settore Scientifico Disciplinare ING-IND/23
Tipo corso di studio Laurea Magistrale
Crediti 3.0
Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 27.0
Per immatricolati nel 2023/2024
Anno accademico di erogazione 2024/2025
Anno di corso 2
Lingua
Percorso CIVIL INFRASTRUCTURES (A234)
Conoscenze di chimica e fisica di base
1) Basi teoriche sui processi di corrosione elettrochimica dei materiali metallici
2) Strumenti di analisi, prevenzione e protezione dei materiali metallici
3) Rischio da corrosione galvanica per la sicurezza di strutture e infrastrutture
civili e industriali (reti di trasporto e distribuzione gas o dei sistemi di
conversione dell’energia (ad esempio le turbine eoliche).
4) Casi studio di alcuni disastri strutturali causati da una
mancata conoscenza e prevenzione della corrosione elettrochimica di strutture metalliche e/o in
cemento armato (es. .Crollo del ponte Morandi a Genova)
LEZIONI FRONTALI ED ESERCITAZIONI NUMERICHE
La frequenza delle lezioni ed esercitazioni del corso è consigliata vivamente. Le modalità d’esame prevedono una prova orale a fine corso. Per superare l'esame (conseguire un punteggio minimo di 18/30), lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza e una comprensione sufficienti su tutti gli argomenti trattati. Per conseguire il punteggio massimo 30/30 e lode, lo studente deve invece dimostrare di aver acquisito, non solo la conoscenza e la comprensione eccellenti di tutti gli argomenti trattati durante il corso, ma anche la capacità di applicarle alla progettazione ingegneristica, di esprimere giudizio autonomo su possibili soluzioni alternative, e di comunicare i risultati delle sue analisi. Durante la prova orale saranno proposte delle domande, sia quantitative che qualitative. Lo studente dovrà dimostrare capacità di elaborare le conoscenze fondamentali acquisite nel corso utilizzandole per superare i problemi pratici proposti, e capacità di esprimersi con un linguaggio tecnicamente corretto sui contenuti dell’insegnamento.
Lezioni
Introduzione al modulo del corso. Programma. Modalità d'esame. Introduzione ai processi di corrosione.
Chimica-fisica dei sistemi di corrosione. Equazione costitutiva delle catene galvaniche. Reazione globale di catena. Criterio di spontaneità per un processo galvanico e verso di circolazione della corrente. Aspetti generali della corrosione. Definizione di corrosione a secco e a umido. Meccanismo elettrochimico di corrosione. Reazioni di corrosione: processi anodici e catodici. Legge di Faraday. Aspetti termodinamici.Equazione di Nernst.
Diagrammi di Pourbaix. Costruzione e discussione di un diagramma di Pourbaix generico e specifico. Analisi dei diagrammi per la previsione dei processi di corrosione in un determinato ambiente.
Cinetica dei sistemi di corrosione. Sovratensioni nei processi anodici e catodici, condizioni di passività. Equazione di Butler-Volmer. Diagrammi di Evans. Leggi di funzionamento dei sistemi di corrosione.
Corrosione generalizzata e localizzata. Corrosione galvanica e per areazione differenziale. Forme di corrosione: generalizzata, contatto galvanico, pitting o vaiolatura, corrosione in fessura, attacco selettivo, corrosione intergranulare, corrosione per turbolenza, abrasione e sfregamento, sotto sforzo (stress corrosion cracking), corrosione-fatica, danneggiamento da idrogeno, corrosione microbiologica.
Metodi di protezione e prevenzione: inibitori di corrosione, rivestimenti, protezione catodica, protezione anodica. Il monitoraggio TEM mediante sensori inseriti nel calcestruzzo: i principi del metodo.
Degrado del calcestruzzo e delle armature: corrosione delle armature per carbonatazione e cloruri, corrosione delle armature di precompressione. Corrosione delle costruzioni metalliche negli ambienti naturali (atmosfera, terreno, acque).
Rischio da corrosione galvanica: norma UNI EN 206:2016, classificazione delle condizioni di esposizione e dei relativi rischi di corrosione. Corrosione indotta da carbonatazione, da cloruri esclusi quelli provenienti da acqua di mare, da cloruri presenti nell’acqua di mare. Definizione dei fattori di rischio in fase di progettazione relativi a condizione di esposizione (ambiente dove sorge l’opera, e quindi la pericolosità, dipendente dai fattori esterni) e vulnerabilità propria della struttura (dipendente dai fattori interni: materiali, progettazione e realizzazione etc.).
Casi studio: es. crollo ponte Morandi a Genova.
Esercitazioni
Attività numeriche sulle tematiche del corso.
Materiale fornito dal docente.
Electrochemical Methods - Fundamentals and Applications, A. J. Bard, L. R. Faulkner, Wiley (II edition), 2001
Modern Electrochemistry 2B, 2nd edition J. O'M. Bockris e A.K.N. Reddy Kluwer Academic/Plenum Publishers NY (2000)
Pietro Pedeferri, Corrosione e protezione dei materiali metallici. Vol. I e Vol. II, polipress, 2007, Milano Italia
RESILENCE OF MATERIALS AND SAFETY OF INFRASTRUCTURES C.I. (ING-IND/23)
CHIMICA FISICA APPLICATA ALLA BIOINGEGNERIA
Corso di laurea INGEGNERIA BIOMEDICA
Settore Scientifico Disciplinare ING-IND/23
Tipo corso di studio Laurea
Crediti 6.0
Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 54.0
Per immatricolati nel 2022/2023
Anno accademico di erogazione 2023/2024
Anno di corso 2
Semestre Secondo Semestre (dal 04/03/2024 al 14/06/2024)
Lingua ITALIANO
Percorso PERCORSO COMUNE (999)
Sede Lecce
Conoscenze di chimica e fisica di base
Conoscenze di base di chimica-fisica e cinetica dei processi elettrodici e delle catene galvaniche. Funzionamento di dispositivi elettrochimici per l'accumulo/conversione di energia e la sensoristica. Processi di corrosione dei materiali metallici. Applicazioni all’ingegneria biomedica: dispositivi indossabili e degrado in ambiente biologico.
Conoscenze e comprensione
Il rigore metodologico della disciplina consentirà allo studente di maturare competenze e capacità di comprensione fondamentali per il proseguimento degli studi. Le conoscenze di base della chimica-fisica e cinetica dei processi elettrodici e delle catene galvaniche acquisite lo renderanno capace di comprendere i meccanismi (i) di funzionamento di dispositivi elettrochimici per l'accumulo/conversione di energia e sensoristica e le loro potenzialità nell’ambito dell’elettronica indossabile biomedicale e (ii) dei processi di corrosione di materiali metallici in vari ambienti, con particolare riferimento a quello biologico.
Capacità di applicare conoscenze e comprensione
L’impostazione didattica usata dal docente prevede che la formazione teorica frontale in aula sia accompagnata da esempi applicativi stimolanti, che sollecitano la partecipazione attiva, l’attitudine propositiva e la capacità di elaborazione autonoma. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di (i) risolvere problemi relativamente semplici riguardanti i fenomeni chimico-fisici delle catene galvaniche presenti in diverse applicazioni dell'ingegneria biomedica, (ii) di applicare le conoscenze degli aspetti termodinamici e cinetici dell’elettrochimica sia ai dispositivi di accumulo e conversione dell’energia chimica in elettrica e viceversa che ai processi di corrosione di materiali. Sarà quindi capace di comprendere le cause del degrado dei materiali e proporre sistemi di protezione adeguati al corpo umano, oltre che di effettuare una scelta opportuna di materiali e metodi per studiare sistemi elettronici indossabili/impiantabili per la biomedica.
Autonomia di giudizio
Le competenze acquisite durante il corso permetteranno allo studente di valutare autonomamente la fattibilità di un processo elettrochimico con particolare riferimento ad aspetti inerenti la scelta dei materiali (elettrodi, soluzioni elettrolitiche etc.), l’elettrocatalisi e l’efficienza. Lo studente sarà, inoltre, in grado di valutare eventuali problemi di corrosione di materiali metallici comunemente impiegati nell’ambito biomedico e di maturare espressione di autonomi giudizi sull’impatto di diverse possibilità progettuali.
Abilità comunicative
Le modalità didattiche concepite con lezioni teoriche affiancate da esercitazioni in aula e in laboratorio richiedono che lo studente acquisisca capacità di comunicare sia gli aspetti rigorosamente teorici, sia quelli applicativi e che riesca ad esprimere problematiche inerenti i temi del corso. Lo studente acquisirà abilità nella comunicazione dei risultati e delle scelte progettuali e capacità di dialogo utilizzando una terminologia appropriata con altri addetti ai lavori.
Capacità di apprendimento
Il trasferimento delle conoscenze di base legate alla Chimica Fisica Applicata alla Bioingegneria, non comuni con altri corsi erogati nell'ambito del suo corso di laurea, permetterà allo studente di gestire problemi tecnici grazie ad esercitazioni che prevedono lunghe e mirate attività di laboratorio. Sarà in grado quindi di auto-apprendere applicando le informazioni acquisite nella risoluzione di problematiche anche non trattate a lezione.
LEZIONI FRONTALI ED ESERCITAZIONI NUMERICHE E DI LABORATORIO
La frequenza delle lezioni ed esercitazioni del corso è consigliata vivamente. Le modalità d’esame prevedono due prove infrannuali facoltative con esercizi numerici e domande sul programma svolto fino a quel momento seguito da una prova orale a fine corso.
II punteggio della prova infrannuale sarà quello di minimo di partenza (non meno di 18/30). Per superare l'esame finale (conseguire un punteggio minimo di 18/30), lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza e una comprensione sufficienti su tutti gli argomenti trattati. Per conseguire il punteggio massimo 30/30 e lode, lo studente deve invece dimostrare di aver acquisito, non solo la conoscenza e la comprensione eccellenti di tutti gli argomenti trattati durante il corso, ma anche la capacità di applicarle alla progettazione ingegneristica, di esprimere giudizio autonomo su possibili soluzioni alternative, e di comunicare i risultati delle sue analisi. Durante la prova orale saranno proposte delle domande, sia quantitative che qualitative, concentrate su tre ambiti:
- aspetti termodinamici e cinetici dei processi elettrochimici;
- sistemi di conversione elettrochimica dell’energia e processi di corrosione
- processi elettrochimici di interesse per l’Ingegneria Biomedica.
Lo studente dovrà dimostrare capacità di elaborare le conoscenze fondamentali acquisite nel corso utilizzandole per superare i problemi pratici proposti, e capacità di esprimersi con un linguaggio tecnicamente corretto sui contenuti dell’insegnamento.
Lezioni
Introduzione al corso. Programma. Modalità d'esame. Richiami di chimica delle soluzioni. Introduzione all'elettrochimica. Processi chimici ed elettrochimici. Lavoro chimico e lavoro elettrico. Soluzioni elettrolitiche. Conducibilità, conducibilità molare e conducibilità molare limite.
Introduzione alla chimica-fisica. Energia, calore, lavoro. Sistema termodinamico. Trasformazioni termodinamiche. Primo principio. Lavoro chimico e potenziale chimico. L’equazione della termodinamica chimica. Equazione di Gibbs-Duhem. Entalpia, entropia ed energia libera associate ad una reazione chimica. Criteri di spontaneità.
Chimica-fisica delle interfacce elettricamente cariche. Potenziale d’elettrodo. Elettrodo di riferimento ad idrogeno. Serie dei potenziali standard di equilibrio. Indice di nobiltà. Potenziale elettrochimico. Potenziale Volta, Galvani e di superficie. Non misurabilità del potenziale assoluto di un elettrodo in soluzione. Dipendenza del potenziale dalla concentrazione delle specie elettroattive. Equazione di Nerst.
Chimica-fisica dei sistemi galvanici. Equazione costitutiva delle catene galvaniche. Reazione globale di catena. Criterio di spontaneità per un processo galvanico e verso di circolazione della corrente. Generatori ed elettrolizzatori. Determinazione di grandezze termodinamiche da misure di differenza di potenziale. Coefficienti di temperatura e pressione della forza elettromotrice. Esempi. Effetti termici nelle catene galvaniche. Calore voltaico e calore Peltier. Applicazione alla pila Daniell.
Diagrammi di Pourbaix. Costruzione e discussione di un diagramma di Pourbaix generico e specifico a partire da dati termodinamici.
Cenni di cinetica chimica. Velocità di reazione. Meccanismi delle reazioni complesse. Teorie cinetiche. Teoria degli urti e del complesso attivato. Equazione di Arrhenius.
Cinetica elettrochimica. Potenziale di elettrodo sotto circolazione di corrente: sovratensione. Polarizzazione anodica e catodica. Controllo cinetico di una reazione elettrochimica. Sovratensione di trasferimento di carica. Equazione di Butler-Volmer. Densità di corrente di scambio e materiali elettrocatalitici. Approssimazioni ad alti e bassi campi dell' equazione di Butler-Volmer. Equazione di Tafel. Resistenza al trasferimento di carica. Controllo cinetico per trasferimento di massa. Strato limite di Nerst. Corrente limite e sovratensione di diffusione. Controllo cinetico misto.
Sistemi di conversione elettrochimica dell’energia. Aspetti fondamentali di sistemi di accumulo e/o conversione di energia elettrochimica. Stato presente della tecnologia dei suddetti sistemi per diverse applicazioni nel campo del portatile (elettronica di consumo e dispositivi biomedicali). Curve di scarica ed autoscarica.
Batterie primarie (o pile) e secondarie (o accumulatori). Condensatori elettrochimici e supercapacitori: a doppio strato, redox e ibridi. Ricerca e sviluppo di materiali elettrodici, elettrolitici ed elettrocatalitici per i suddetti sistemi. Celle a combustibile. Tecniche di indagine elettrochimica e chimico-fisica sui suddetti materiali e dispositivi.
Sistemi di conversione/accumulo dell’energia per le tecnologie indossabili: funzionalità dei “wearable device” per l’Ingegneria Biomedica. Batterie per le tecnologie indossabili. Analisi dello stato presente della tecnologia.
Processi di corrosione. Aspetti termodinamici. Corrosione generalizzata e localizzata. Corrosione galvanica e per areazione differenziale. Costruzione ed uso dei diagrammi potenziale-pH (Pourbaix) nello studio della corrosione ad umido dei metalli. Aspetti cinetici dei processi di corrosione. Potenziale misto o di corrosione. Diagrammi di Evans per vari tipi di controllo cinetico. Curve di passività. Forme di corrosione: generalizzata, contatto galvanico, pitting o vaiolatura, corrosione in fessura, attacco selettivo, corrosione intergranulare, corrosione per turbolenza, abrasione e sfregamento, sotto sforzo (stress corrosion cracking), corrosione-fatica, danneggiamento da idrogeno, corrosione microbiologica. Corrosione dei biomateriali metallici in colture cellulari. Corrosione dei materiali da impianto nel corpo umano. Influenza delle condizioni meccaniche di lavoro degli impianti nel corpo umano. Metodi di protezione e prevenzione:inibitori di corrosione, rivestimenti, protezione catodica, protezione anodica. Metodi di protezione dei biomateriali metallici dalla corrosione.
Esercitazioni
Attività di laboratorio e svolgimento di esercizi numerici sulle tematiche del corso.
Materiale fornito dal docente.
Electrochemical Methods - Fundamentals and Applications, A. J. Bard, L. R. Faulkner, Wiley (II edition), 2001
Modern Electrochemistry 2B, 2nd edition J. O'M. Bockris e A.K.N. Reddy Kluwer Academic/Plenum Publishers NY (2000)
Pietro Pedeferri, Corrosione e protezione dei materiali metallici. Vol. I e Vol. II, polipress, 2007, Milano Italia
CHIMICA FISICA APPLICATA ALLA BIOINGEGNERIA (ING-IND/23)
LABORATORIO DI TECNOLOGIE ELETTROCHIMICHE
Corso di laurea INGEGNERIA INDUSTRIALE
Settore Scientifico Disciplinare ING-IND/23
Tipo corso di studio Laurea
Crediti 6.0
Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 54.0
Per immatricolati nel 2021/2022
Anno accademico di erogazione 2023/2024
Anno di corso 3
Semestre Secondo Semestre (dal 04/03/2024 al 14/06/2024)
Lingua ITALIANO
Percorso Curriculum materiali (A92)
Sede Brindisi
Conoscenze di chimica e fisica di base
Il corso fornirà conoscenze di base su (1) dispositivi elettrochimici per l'accumulo/conversione di energia per la propulsione elettrica e (2) processi di corrosione di materiali per applicazioni aerospaziali. I contenuti saranno trasferiti agli studenti prevalentemente mediante esperienze di laboratorio ed esercitazioni numeriche.
Conoscenze e comprensione
Il rigore metodologico consentirà allo studente di maturare competenze e capacità di comprensione fondamentali per il proseguimento degli studi nell’Ingegneria Areospaziale. Le conoscenze di base di chimica-fisica e cinetica dei processi elettrodici acquisite lo renderanno capace di comprendere i meccanismi (i) di funzionamento di dispositivi elettrochimici per l'accumulo/conversione di energia e le loro potenzialità nell’ambito dell’ingegneria areospaziale e (ii) dei processi di corrosione di materiali metallici alle condizioni tipiche degli ambienti aerospaziali.
Capacità di applicare conoscenze e comprensione
L’impostazione didattica usata dal docente prevede che la formazione sia accompagnata da esempi applicativi stimolanti, che sollecitano la partecipazione attiva, l’attitudine propositiva e la capacità di elaborazione autonoma. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze degli aspetti termodinamici e cinetici dell’elettrochimica sia ai dispositivi di accumulo/conversione dell’energia per la propulsione elettrica aerospaziale che ai processi di corrosione di materiali metallici in ambienti aerospaziali.
Autonomia di giudizio
Le competenze acquisite durante il corso permetteranno allo studente di valutare autonomamente la fattibilità di un processo elettrochimico con particolare riferimento ad aspetti inerenti la scelta dei materiali, l’elettrocatalisi e l’efficienza. Lo studente sarà, inoltre, in grado di valutare problemi di corrosione di materiali metallici comunemente impiegati nell’ambito areospaziale e di maturare espressione di autonomi giudizi sull’impatto di diverse possibilità progettuali.
Abilità comunicative
Le modalità didattiche concepite con lezioni teoriche propedeutiche a numerose esercitazioni numeriche e di laboratorio richiedono che lo studente acquisisca capacità di comunicare gli aspetti teorici di base finalizzati a quelli applicativi. Lo studente acquisirà abilità nella comunicazione dei risultati e delle scelte progettuali e capacità di dialogo utilizzando una terminologia appropriata con altri addetti ai lavori.
Capacità di apprendimento
Il trasferimento delle conoscenze di base delle tecnologie elettrochimiche più all’avanguardia nel campo aerospaziale mediante esercitazioni che prevedono lunghe e mirate attività di laboratorio permetterà allo studente di continuare il percorso di studi magistrali nell’area aerospaziale con un elevato grado di autonomia ed interesse.
LEZIONI FRONTALI PROPEDEUTICHE AD ESERCITAZIONI NUMERICHE E DI LABORATORIO
La modalità d’esame prevede la produzione e la discussione di un elaborato scritto sull’attività sperimentale di laboratorio di un tema a scelta. Lo studente dovrà dimostrare capacità di elaborare le conoscenze fondamentali acquisite durante il corso utilizzandole per discutere l’elaborato con un linguaggio tecnicamente corretto.
Il programma sarà sviluppato attraverso una lezione teorica introduttiva corredata da attività di laboratorio ed esercitazioni numeriche relative ogni punto elencato.
1. Chimica-fisica delle interfacce elettricamente cariche. Potenziale d’elettrodo. Serie dei potenziali standard di equilibrio. Dipendenza del potenziale dalla concentrazione delle specie elettroattive. Equazione di Nerst.
2. Chimica-fisica dei sistemi galvanici. Equazione costitutiva delle catene galvaniche. Reazione globale di catena. Criterio di spontaneità per un processo galvanico e verso di circolazione della corrente. Generatori ed elettrolizzatori. Costruzione di una batteria.
3. Cinetica elettrochimica. Potenziale di elettrodo sotto circolazione di corrente: sovratensione. Controllo cinetico di una reazione elettrochimica. Sovratensione di trasferimento di carica e trasferimento di massa.
4. Sistemi di conversione elettrochimica dell’energia per l’areospazio. Aspetti fondamentali di sistemi di accumulo e/o conversione di energia elettrochimica. Stato presente della tecnologia dei suddetti sistemi per applicazioni nel campo dell’Ingegneria Areospaziale. Propulsione elettrica a idrogeno: IL PROGETTO NASA. https://www.innaturale.com/un-aereo-elettrico-alimentato-a-idrogeno-il-progetto-nasa/
5. Processi di corrosione. Aspetti termodinamici e cinetici dei processi di corrosione. Forme di corrosione. Metodi di protezione e prevenzione. Applicazione ai materiali aerospaziali e casi studio (es. incidente volo Aloha Airlines 243). https://corrosion-doctors.org/Aircraft/Aloha.htm#Miller
Materiale fornito dal docente.
Electrochemical Methods - Fundamentals and Applications, A. J. Bard, L. R. Faulkner, Wiley (II edition), 2001
Modern Electrochemistry 2B, 2nd edition J. O'M. Bockris e A.K.N. Reddy Kluwer Academic/Plenum Publishers NY (2000)
Pietro Pedeferri, Corrosione e protezione dei materiali metallici. Vol. I e Vol. II, polipress, 2007, Milano Italia
LABORATORIO DI TECNOLOGIE ELETTROCHIMICHE (ING-IND/23)
CHIMICA FISICA APPLICATA ALLA BIOINGEGNERIA
Corso di laurea INGEGNERIA BIOMEDICA
Settore Scientifico Disciplinare ING-IND/23
Tipo corso di studio Laurea
Crediti 6.0
Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 54.0
Per immatricolati nel 2021/2022
Anno accademico di erogazione 2022/2023
Anno di corso 2
Semestre Secondo Semestre (dal 01/03/2023 al 09/06/2023)
Lingua ITALIANO
Percorso PERCORSO COMUNE (999)
Sede Lecce
Conoscenze di chimica e fisica di base
Conoscenze di base di chimica-fisica e cinetica dei processi elettrodici e delle catene galvaniche. Funzionamento di dispositivi elettrochimici per l'accumulo/conversione di energia e la sensoristica. Processi di corrosione dei materiali metallici. Applicazioni all’ingegneria biomedica: dispositivi indossabili e degrado in ambiente biologico.
Conoscenze e comprensione
Il rigore metodologico della disciplina consentirà allo studente di maturare competenze e capacità di comprensione fondamentali per il proseguimento degli studi. Le conoscenze di base della chimica-fisica e cinetica dei processi elettrodici e delle catene galvaniche acquisite lo renderanno capace di comprendere i meccanismi (i) di funzionamento di dispositivi elettrochimici per l'accumulo/conversione di energia e sensoristica e le loro potenzialità nell’ambito dell’elettronica indossabile biomedicale e (ii) dei processi di corrosione di materiali metallici in vari ambienti, con particolare riferimento a quello biologico.
Capacità di applicare conoscenze e comprensione
L’impostazione didattica usata dal docente prevede che la formazione teorica frontale in aula sia accompagnata da esempi applicativi stimolanti, che sollecitano la partecipazione attiva, l’attitudine propositiva e la capacità di elaborazione autonoma. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di (i) risolvere problemi relativamente semplici riguardanti i fenomeni chimico-fisici delle catene galvaniche presenti in diverse applicazioni dell'ingegneria biomedica, (ii) di applicare le conoscenze degli aspetti termodinamici e cinetici dell’elettrochimica sia ai dispositivi di accumulo e conversione dell’energia chimica in elettrica e viceversa che ai processi di corrosione di materiali. Sarà quindi capace di comprendere le cause del degrado dei materiali e proporre sistemi di protezione adeguati al corpo umano, oltre che di effettuare una scelta opportuna di materiali e metodi per studiare sistemi elettronici indossabili/impiantabili per la biomedica.
Autonomia di giudizio
Le competenze acquisite durante il corso permetteranno allo studente di valutare autonomamente la fattibilità di un processo elettrochimico con particolare riferimento ad aspetti inerenti la scelta dei materiali (elettrodi, soluzioni elettrolitiche etc.), l’elettrocatalisi e l’efficienza. Lo studente sarà, inoltre, in grado di valutare eventuali problemi di corrosione di materiali metallici comunemente impiegati nell’ambito biomedico e di maturare espressione di autonomi giudizi sull’impatto di diverse possibilità progettuali.
Abilità comunicative
Le modalità didattiche concepite con lezioni teoriche affiancate da esercitazioni in aula e in laboratorio richiedono che lo studente acquisisca capacità di comunicare sia gli aspetti rigorosamente teorici, sia quelli applicativi e che riesca ad esprimere problematiche inerenti i temi del corso. Lo studente acquisirà abilità nella comunicazione dei risultati e delle scelte progettuali e capacità di dialogo utilizzando una terminologia appropriata con altri addetti ai lavori.
Capacità di apprendimento
Il trasferimento delle conoscenze di base legate alla Chimica Fisica Applicata alla Bioingegneria, non comuni con altri corsi erogati nell'ambito del suo corso di laurea, permetterà allo studente di gestire problemi tecnici grazie ad esercitazioni che prevedono lunghe e mirate attività di laboratorio. Sarà in grado quindi di auto-apprendere applicando le informazioni acquisite nella risoluzione di problematiche anche non trattate a lezione.
LEZIONI FRONTALI ED ESERCITAZIONI NUMERICHE E DI LABORATORIO
La frequenza delle lezioni ed esercitazioni del corso è consigliata vivamente. Le modalità d’esame prevedono due prove infrannuali facoltative con esercizi numerici e domande sul programma svolto fino a quel momento seguito da una prova orale a fine corso.
II punteggio della prova infrannuale sarà quello di minimo di partenza (non meno di 18/30). Per superare l'esame finale (conseguire un punteggio minimo di 18/30), lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza e una comprensione sufficienti su tutti gli argomenti trattati. Per conseguire il punteggio massimo 30/30 e lode, lo studente deve invece dimostrare di aver acquisito, non solo la conoscenza e la comprensione eccellenti di tutti gli argomenti trattati durante il corso, ma anche la capacità di applicarle alla progettazione ingegneristica, di esprimere giudizio autonomo su possibili soluzioni alternative, e di comunicare i risultati delle sue analisi. Durante la prova orale saranno proposte delle domande, sia quantitative che qualitative, concentrate su tre ambiti:
- aspetti termodinamici e cinetici dei processi elettrochimici;
- sistemi di conversione elettrochimica dell’energia e processi di corrosione
- processi elettrochimici di interesse per l’Ingegneria Biomedica.
Lo studente dovrà dimostrare capacità di elaborare le conoscenze fondamentali acquisite nel corso utilizzandole per superare i problemi pratici proposti, e capacità di esprimersi con un linguaggio tecnicamente corretto sui contenuti dell’insegnamento.
Lezioni
Introduzione al corso. Programma. Modalità d'esame. Richiami di chimica delle soluzioni. Introduzione all'elettrochimica. Processi chimici ed elettrochimici. Lavoro chimico e lavoro elettrico. Soluzioni elettrolitiche. Conducibilità, conducibilità molare e conducibilità molare limite.
Introduzione alla chimica-fisica. Energia, calore, lavoro. Sistema termodinamico. Trasformazioni termodinamiche. Primo principio. Lavoro chimico e potenziale chimico. L’equazione della termodinamica chimica. Equazione di Gibbs-Duhem. Entalpia, entropia ed energia libera associate ad una reazione chimica. Criteri di spontaneità.
Chimica-fisica delle interfacce elettricamente cariche. Potenziale d’elettrodo. Elettrodo di riferimento ad idrogeno. Serie dei potenziali standard di equilibrio. Indice di nobiltà. Potenziale elettrochimico. Potenziale Volta, Galvani e di superficie. Non misurabilità del potenziale assoluto di un elettrodo in soluzione. Dipendenza del potenziale dalla concentrazione delle specie elettroattive. Equazione di Nerst.
Chimica-fisica dei sistemi galvanici. Equazione costitutiva delle catene galvaniche. Reazione globale di catena. Criterio di spontaneità per un processo galvanico e verso di circolazione della corrente. Generatori ed elettrolizzatori. Determinazione di grandezze termodinamiche da misure di differenza di potenziale. Coefficienti di temperatura e pressione della forza elettromotrice. Esempi. Effetti termici nelle catene galvaniche. Calore voltaico e calore Peltier. Applicazione alla pila Daniell.
Diagrammi di Pourbaix. Costruzione e discussione di un diagramma di Pourbaix generico e specifico a partire da dati termodinamici.
Cenni di cinetica chimica. Velocità di reazione. Meccanismi delle reazioni complesse. Teorie cinetiche. Teoria degli urti e del complesso attivato. Equazione di Arrhenius.
Cinetica elettrochimica. Potenziale di elettrodo sotto circolazione di corrente: sovratensione. Polarizzazione anodica e catodica. Controllo cinetico di una reazione elettrochimica. Sovratensione di trasferimento di carica. Equazione di Butler-Volmer. Densità di corrente di scambio e materiali elettrocatalitici. Approssimazioni ad alti e bassi campi dell' equazione di Butler-Volmer. Equazione di Tafel. Resistenza al trasferimento di carica. Controllo cinetico per trasferimento di massa. Strato limite di Nerst. Corrente limite e sovratensione di diffusione. Controllo cinetico misto.
Sistemi di conversione elettrochimica dell’energia. Aspetti fondamentali di sistemi di accumulo e/o conversione di energia elettrochimica. Stato presente della tecnologia dei suddetti sistemi per diverse applicazioni nel campo del portatile (elettronica di consumo e dispositivi biomedicali). Curve di scarica ed autoscarica.
Batterie primarie (o pile) e secondarie (o accumulatori). Condensatori elettrochimici e supercapacitori: a doppio strato, redox e ibridi. Ricerca e sviluppo di materiali elettrodici, elettrolitici ed elettrocatalitici per i suddetti sistemi. Celle a combustibile. Tecniche di indagine elettrochimica e chimico-fisica sui suddetti materiali e dispositivi.
Sistemi di conversione/accumulo dell’energia per le tecnologie indossabili: funzionalità dei “wearable device” per l’Ingegneria Biomedica. Batterie per le tecnologie indossabili. Analisi dello stato presente della tecnologia.
Processi di corrosione. Aspetti termodinamici. Corrosione generalizzata e localizzata. Corrosione galvanica e per areazione differenziale. Costruzione ed uso dei diagrammi potenziale-pH (Pourbaix) nello studio della corrosione ad umido dei metalli. Aspetti cinetici dei processi di corrosione. Potenziale misto o di corrosione. Diagrammi di Evans per vari tipi di controllo cinetico. Curve di passività. Forme di corrosione: generalizzata, contatto galvanico, pitting o vaiolatura, corrosione in fessura, attacco selettivo, corrosione intergranulare, corrosione per turbolenza, abrasione e sfregamento, sotto sforzo (stress corrosion cracking), corrosione-fatica, danneggiamento da idrogeno, corrosione microbiologica. Corrosione dei biomateriali metallici in colture cellulari. Corrosione dei materiali da impianto nel corpo umano. Influenza delle condizioni meccaniche di lavoro degli impianti nel corpo umano. Metodi di protezione e prevenzione:inibitori di corrosione, rivestimenti, protezione catodica, protezione anodica. Metodi di protezione dei biomateriali metallici dalla corrosione.
Esercitazioni
Attività di laboratorio e svolgimento di esercizi numerici su:
-Chimica fisica delle catene galvaniche. Equazione di Nernst e calcolo della forza elettromotrice.
-Cinetica delle catene galvaniche. Densita' di corrente di scambio e diagrammi di Tafel. Stima della corrente limite. Elettrodo rotante ed equazione di Levich.
-Sistemi di conversione/accumulo dell’energia elettrochimica. Scelta dei materiali e costruzione di una batteria.
-Processi di corrosione. Curve di passivita' e anodizzazione di metalli valvola.
-Wearable devices: costruzione di un dispositivo indossabile con generatore elettrochimico.
Materiale fornito dal docente.
Electrochemical Methods - Fundamentals and Applications, A. J. Bard, L. R. Faulkner, Wiley (II edition), 2001
Modern Electrochemistry 2B, 2nd edition J. O'M. Bockris e A.K.N. Reddy Kluwer Academic/Plenum Publishers NY (2000)
Pietro Pedeferri, Corrosione e protezione dei materiali metallici. Vol. I e Vol. II, polipress, 2007, Milano Italia
CHIMICA FISICA APPLICATA ALLA BIOINGEGNERIA (ING-IND/23)
LABORATORIO DI TECNOLOGIE ELETTROCHIMICHE PER L'AEROSPAZIO
Corso di laurea INGEGNERIA INDUSTRIALE
Settore Scientifico Disciplinare ING-IND/23
Tipo corso di studio Laurea
Crediti 6.0
Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 54.0
Per immatricolati nel 2020/2021
Anno accademico di erogazione 2022/2023
Anno di corso 3
Semestre Secondo Semestre (dal 01/03/2023 al 09/06/2023)
Lingua ITALIANO
Percorso CURRICULUM PRODUZIONE AEROSPAZIALE (A114)
Sede Brindisi
Conoscenze di chimica e fisica di base
Il corso fornirà conoscenze di base su (1) dispositivi elettrochimici per l'accumulo/conversione di energia per la propulsione elettrica e (2) processi di corrosione di materiali per applicazioni aerospaziali. I contenuti saranno trasferiti agli studenti prevalentemente mediante esperienze di laboratorio ed esercitazioni numeriche.
Conoscenze e comprensione
Il rigore metodologico consentirà allo studente di maturare competenze e capacità di comprensione fondamentali per il proseguimento degli studi nell’Ingegneria Areospaziale. Le conoscenze di base di chimica-fisica e cinetica dei processi elettrodici acquisite lo renderanno capace di comprendere i meccanismi (i) di funzionamento di dispositivi elettrochimici per l'accumulo/conversione di energia e le loro potenzialità nell’ambito dell’ingegneria areospaziale e (ii) dei processi di corrosione di materiali metallici alle condizioni tipiche degli ambienti aerospaziali.
Capacità di applicare conoscenze e comprensione
L’impostazione didattica usata dal docente prevede che la formazione sia accompagnata da esempi applicativi stimolanti, che sollecitano la partecipazione attiva, l’attitudine propositiva e la capacità di elaborazione autonoma. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze degli aspetti termodinamici e cinetici dell’elettrochimica sia ai dispositivi di accumulo/conversione dell’energia per la propulsione elettrica aerospaziale che ai processi di corrosione di materiali metallici in ambienti aerospaziali.
Autonomia di giudizio
Le competenze acquisite durante il corso permetteranno allo studente di valutare autonomamente la fattibilità di un processo elettrochimico con particolare riferimento ad aspetti inerenti la scelta dei materiali, l’elettrocatalisi e l’efficienza. Lo studente sarà, inoltre, in grado di valutare problemi di corrosione di materiali metallici comunemente impiegati nell’ambito areospaziale e di maturare espressione di autonomi giudizi sull’impatto di diverse possibilità progettuali.
Abilità comunicative
Le modalità didattiche concepite con lezioni teoriche propedeutiche a numerose esercitazioni numeriche e di laboratorio richiedono che lo studente acquisisca capacità di comunicare gli aspetti teorici di base finalizzati a quelli applicativi. Lo studente acquisirà abilità nella comunicazione dei risultati e delle scelte progettuali e capacità di dialogo utilizzando una terminologia appropriata con altri addetti ai lavori.
Capacità di apprendimento
Il trasferimento delle conoscenze di base delle tecnologie elettrochimiche più all’avanguardia nel campo aerospaziale mediante esercitazioni che prevedono lunghe e mirate attività di laboratorio permetterà allo studente di continuare il percorso di studi magistrali nell’area aerospaziale con un elevato grado di autonomia ed interesse.
LEZIONI FRONTALI PROPEDEUTICHE AD ESERCITAZIONI NUMERICHE E DI LABORATORIO
La modalità d’esame prevede la produzione e la discussione di un elaborato scritto sull’attività sperimentale di laboratorio di un tema a scelta. Lo studente dovrà dimostrare capacità di elaborare le conoscenze fondamentali acquisite durante il corso utilizzandole per discutere l’elaborato con un linguaggio tecnicamente corretto.
Il programma sarà sviluppato attraverso una lezione teorica introduttiva corredata da attività di laboratorio ed esercitazioni numeriche relative ogni punto elencato.
1. Chimica-fisica delle interfacce elettricamente cariche. Potenziale d’elettrodo. Serie dei potenziali standard di equilibrio. Dipendenza del potenziale dalla concentrazione delle specie elettroattive. Equazione di Nerst.
2. Chimica-fisica dei sistemi galvanici. Equazione costitutiva delle catene galvaniche. Reazione globale di catena. Criterio di spontaneità per un processo galvanico e verso di circolazione della corrente. Generatori ed elettrolizzatori. Costruzione di una batteria.
3. Cinetica elettrochimica. Potenziale di elettrodo sotto circolazione di corrente: sovratensione. Controllo cinetico di una reazione elettrochimica. Sovratensione di trasferimento di carica e trasferimento di massa.
4. Sistemi di conversione elettrochimica dell’energia per l’areospazio. Aspetti fondamentali di sistemi di accumulo e/o conversione di energia elettrochimica. Stato presente della tecnologia dei suddetti sistemi per applicazioni nel campo dell’Ingegneria Areospaziale. Propulsione elettrica a idrogeno: IL PROGETTO NASA. https://www.innaturale.com/un-aereo-elettrico-alimentato-a-idrogeno-il-progetto-nasa/
5. Processi di corrosione. Aspetti termodinamici e cinetici dei processi di corrosione. Forme di corrosione. Metodi di protezione e prevenzione. Applicazione ai materiali aerospaziali e casi studio (es. incidente volo Aloha Airlines 243). https://corrosion-doctors.org/Aircraft/Aloha.htm#Miller
Materiale fornito dal docente.
Electrochemical Methods - Fundamentals and Applications, A. J. Bard, L. R. Faulkner, Wiley (II edition), 2001
Modern Electrochemistry 2B, 2nd edition J. O'M. Bockris e A.K.N. Reddy Kluwer Academic/Plenum Publishers NY (2000)
Pietro Pedeferri, Corrosione e protezione dei materiali metallici. Vol. I e Vol. II, polipress, 2007, Milano Italia
LABORATORIO DI TECNOLOGIE ELETTROCHIMICHE PER L'AEROSPAZIO (ING-IND/23)
CHIMICA FISICA APPLICATA ALLA BIOINGEGNERIA
Corso di laurea INGEGNERIA BIOMEDICA
Settore Scientifico Disciplinare ING-IND/23
Tipo corso di studio Laurea
Crediti 6.0
Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 54.0
Per immatricolati nel 2020/2021
Anno accademico di erogazione 2021/2022
Anno di corso 2
Semestre Secondo Semestre (dal 01/03/2022 al 10/06/2022)
Lingua ITALIANO
Percorso PERCORSO COMUNE (999)
Sede Lecce
Conoscenze di chimica e fisica di base
Conoscenze di base di chimica-fisica e cinetica dei processi elettrodici e delle catene galvaniche. Funzionamento di dispositivi elettrochimici per l'accumulo/conversione di energia e la sensoristica. Processi di corrosione dei materiali metallici. Applicazioni all’ingegneria biomedica: dispositivi indossabili e degrado in ambiente biologico.
Conoscenze e comprensione
Il rigore metodologico della disciplina consentirà allo studente di maturare competenze e capacità di comprensione fondamentali per il proseguimento degli studi. Le conoscenze di base della chimica-fisica e cinetica dei processi elettrodici e delle catene galvaniche acquisite lo renderanno capace di comprendere i meccanismi (i) di funzionamento di dispositivi elettrochimici per l'accumulo/conversione di energia e sensoristica e le loro potenzialità nell’ambito dell’elettronica indossabile biomedicale e (ii) dei processi di corrosione di materiali metallici in vari ambienti, con particolare riferimento a quello biologico.
Capacità di applicare conoscenze e comprensione
L’impostazione didattica usata dal docente prevede che la formazione teorica frontale in aula sia accompagnata da esempi applicativi stimolanti, che sollecitano la partecipazione attiva, l’attitudine propositiva e la capacità di elaborazione autonoma. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di (i) risolvere problemi relativamente semplici riguardanti i fenomeni chimico-fisici delle catene galvaniche presenti in diverse applicazioni dell'ingegneria biomedica, (ii) di applicare le conoscenze degli aspetti termodinamici e cinetici dell’elettrochimica sia ai dispositivi di accumulo e conversione dell’energia chimica in elettrica e viceversa che ai processi di corrosione di materiali. Sarà quindi capace di comprendere le cause del degrado dei materiali e proporre sistemi di protezione adeguati al corpo umano, oltre che di effettuare una scelta opportuna di materiali e metodi per studiare sistemi elettronici indossabili/impiantabili per la biomedica.
Autonomia di giudizio
Le competenze acquisite durante il corso permetteranno allo studente di valutare autonomamente la fattibilità di un processo elettrochimico con particolare riferimento ad aspetti inerenti la scelta dei materiali (elettrodi, soluzioni elettrolitiche etc.), l’elettrocatalisi e l’efficienza. Lo studente sarà, inoltre, in grado di valutare eventuali problemi di corrosione di materiali metallici comunemente impiegati nell’ambito biomedico e di maturare espressione di autonomi giudizi sull’impatto di diverse possibilità progettuali.
Abilità comunicative
Le modalità didattiche concepite con lezioni teoriche affiancate da esercitazioni in aula e in laboratorio richiedono che lo studente acquisisca capacità di comunicare sia gli aspetti rigorosamente teorici, sia quelli applicativi e che riesca ad esprimere problematiche inerenti i temi del corso. Lo studente acquisirà abilità nella comunicazione dei risultati e delle scelte progettuali e capacità di dialogo utilizzando una terminologia appropriata con altri addetti ai lavori.
Capacità di apprendimento
Il trasferimento delle conoscenze di base legate alla Chimica Fisica Applicata alla Bioingegneria, non comuni con altri corsi erogati nell'ambito del suo corso di laurea, permetterà allo studente di gestire problemi tecnici grazie ad esercitazioni che prevedono lunghe e mirate attività di laboratorio. Sarà in grado quindi di auto-apprendere applicando le informazioni acquisite nella risoluzione di problematiche anche non trattate a lezione.
LEZIONI FRONTALI ED ESERCITAZIONI NUMERICHE E DI LABORATORIO
La frequenza delle lezioni ed esercitazioni del corso è consigliata vivamente. Le modalità d’esame prevedono due prove infrannuali con esercizi numerici e domande sul programma svolto fino a quel momento seguito da una prova orale a fine corso.
II punteggio della prova infrannuale sarà quello di minimo di partenza (non meno di 18/30). Per superare l'esame finale (conseguire un punteggio minimo di 18/30), lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza e una comprensione sufficienti su tutti gli argomenti trattati. Per conseguire il punteggio massimo 30/30 e lode, lo studente deve invece dimostrare di aver acquisito, non solo la conoscenza e la comprensione eccellenti di tutti gli argomenti trattati durante il corso, ma anche la capacità di applicarle alla progettazione ingegneristica, di esprimere giudizio autonomo su possibili soluzioni alternative, e di comunicare i risultati delle sue analisi. Durante la prova orale saranno proposte delle domande, sia quantitative che qualitative, concentrate su tre ambiti:
- aspetti termodinamici e cinetici dei processi elettrochimici;
- sistemi di conversione elettrochimica dell’energia e processi di corrosione
- processi elettrochimici di interesse per l’Ingegneria Biomedica.
Lo studente dovrà dimostrare capacità di elaborare le conoscenze fondamentali acquisite nel corso utilizzandole per superare i problemi pratici proposti, e capacità di esprimersi con un linguaggio tecnicamente corretto sui contenuti dell’insegnamento.
Lezioni
Introduzione al corso. Programma. Modalità d'esame. Richiami di chimica delle soluzioni. Introduzione all'elettrochimica. Processi chimici ed elettrochimici. Lavoro chimico e lavoro elettrico. Soluzioni elettrolitiche. Conducibilità, conducibilità molare e conducibilità molare limite.
Introduzione alla chimica-fisica. Energia, calore, lavoro. Sistema termodinamico. Trasformazioni termodinamiche. Primo principio. Lavoro chimico e potenziale chimico. L’equazione della termodinamica chimica. Equazione di Gibbs-Duhem. Entalpia, entropia ed energia libera associate ad una reazione chimica. Criteri di spontaneità.
Chimica-fisica delle interfacce elettricamente cariche. Potenziale d’elettrodo. Elettrodo di riferimento ad idrogeno. Serie dei potenziali standard di equilibrio. Indice di nobiltà. Potenziale elettrochimico. Potenziale Volta, Galvani e di superficie. Non misurabilità del potenziale assoluto di un elettrodo in soluzione. Dipendenza del potenziale dalla concentrazione delle specie elettroattive. Equazione di Nerst.
Chimica-fisica dei sistemi galvanici. Equazione costitutiva delle catene galvaniche. Reazione globale di catena. Criterio di spontaneità per un processo galvanico e verso di circolazione della corrente. Generatori ed elettrolizzatori. Determinazione di grandezze termodinamiche da misure di differenza di potenziale. Coefficienti di temperatura e pressione della forza elettromotrice. Esempi. Effetti termici nelle catene galvaniche. Calore voltaico e calore Peltier. Applicazione alla pila Daniell.
Diagrammi di Pourbaix. Costruzione e discussione di un diagramma di Pourbaix generico e specifico a partire da dati termodinamici.
Cenni di cinetica chimica. Velocità di reazione. Meccanismi delle reazioni complesse. Teorie cinetiche. Teoria degli urti e del complesso attivato. Equazione di Arrhenius.
Cinetica elettrochimica. Potenziale di elettrodo sotto circolazione di corrente: sovratensione. Polarizzazione anodica e catodica. Controllo cinetico di una reazione elettrochimica. Sovratensione di trasferimento di carica. Equazione di Butler-Volmer. Densità di corrente di scambio e materiali elettrocatalitici. Approssimazioni ad alti e bassi campi dell' equazione di Butler-Volmer. Equazione di Tafel. Resistenza al trasferimento di carica. Controllo cinetico per trasferimento di massa. Strato limite di Nerst. Corrente limite e sovratensione di diffusione. Controllo cinetico misto.
Sistemi di conversione elettrochimica dell’energia. Aspetti fondamentali di sistemi di accumulo e/o conversione di energia elettrochimica. Stato presente della tecnologia dei suddetti sistemi per diverse applicazioni nel campo del portatile (elettronica di consumo e dispositivi biomedicali), del trasporto (veicoli elettrici ed ibridi) e dello stazionario (impianti eolici e fotovoltaici sia collegati alla rete che isolati). Generatori primari e secondari e celle a combustibile. Curve di scarica ed autoscarica.
Batterie primarie (o pile) e secondarie (o accumulatori). Condensatori elettrochimici e supercapacitori: a doppio strato, redox e ibridi. Ricerca e sviluppo di materiali elettrodici, elettrolitici ed elettrocatalitici per i suddetti sistemi. Celle a combustibile. Tecniche di indagine elettrochimica e chimico-fisica sui suddetti materiali e dispositivi.
Sistemi di conversione/accumulo dell’energia per le tecnologie indossabili: funzionalità dei “wearable device” per l’Ingegneria Biomedica. Batterie per le tecnologie indossabili. Analisi dello stato presente della tecnologia.
Processi di corrosione. Aspetti termodinamici. Corrosione generalizzata e localizzata. Corrosione galvanica e per areazione differenziale. Costruzione ed uso dei diagrammi potenziale-pH (Pourbaix) nello studio della corrosione ad umido dei metalli. Aspetti cinetici dei processi di corrosione. Potenziale misto o di corrosione. Diagrammi di Evans per vari tipi di controllo cinetico. Curve di passività. Forme di corrosione: generalizzata, contatto galvanico, pitting o vaiolatura, corrosione in fessura, attacco selettivo, corrosione intergranulare, corrosione per turbolenza, abrasione e sfregamento, sotto sforzo (stress corrosion cracking), corrosione-fatica, danneggiamento da idrogeno, corrosione microbiologica. Corrosione dei biomateriali metallici in colture cellulari. Corrosione dei materiali da impianto nel corpo umano. Influenza delle condizioni meccaniche di lavoro degli impianti nel corpo umano. Metodi di protezione e prevenzione:inibitori di corrosione, rivestimenti, protezione catodica, protezione anodica. Metodi di protezione dei biomateriali metallici dalla corrosione.
Esercitazioni
Attività di laboratorio e svolgimento di esercizi numerici su:
-Chimica fisica delle catene galvaniche. Equazione di Nernst e calcolo della forza elettromotrice.
-Cinetica delle catene galvaniche. Densita' di corrente di scambio e diagrammi di Tafel. Stima della corrente limite. Elettrodo rotante ed equazione di Levich.
-Sistemi di conversione/accumulo dell’energia elettrochimica. Scelta dei materiali e costruzione di una batteria.
-Processi di corrosione. Curve di passivita' e anodizzazione di metalli valvola.
-Wearable devices: costruzione di un dispositivo indossabile con generatore elettrochimico.
Materiale fornito dal docente.
Electrochemical Methods - Fundamentals and Applications, A. J. Bard, L. R. Faulkner, Wiley (II edition), 2001
Modern Electrochemistry 2B, 2nd edition J. O'M. Bockris e A.K.N. Reddy Kluwer Academic/Plenum Publishers NY (2000)
Pietro Pedeferri, Corrosione e protezione dei materiali metallici. Vol. I e Vol. II, polipress, 2007, Milano Italia
CHIMICA FISICA APPLICATA ALLA BIOINGEGNERIA (ING-IND/23)
BATTERIES AND FUEL CELLS
Degree course MATERIALS ENGINEERING AND NANOTECHNOLOGY
Subject area ING-IND/21
Course type Laurea Magistrale
Credits 9.0
Owner professor PATRIZIA BOCCHETTA
Teaching hours Ore totali di attività frontale: 81.0
Ore erogate dal docente PATRIZIA BOCCHETTA: 54.0
For matriculated on 2020/2021
Year taught 2020/2021
Course year 1
Semestre Primo Semestre (dal 22/09/2020 al 18/12/2020)
Language INGLESE
Subject matter PERCORSO COMUNE (999)
Location Lecce
Basic knowledge of physics and chemistry.
The course aims to provide the students with fundamental knowledge and understanding in electrochemical energy conversion and storage. Electrochemical, technological and metallurgical aspects of batteries and fuel cells devices are emphasized through theoretical lessons and numerical as well as experimental practice.
Knowledge and understanding
The course provides the basic concepts of electrochemical processes applied to energy conversion and storage systems
by focusing the attention on the performance, application, material science, and corrosion aspects of the batteries and fuel cell devices.
Applying knowledge and understanding
After the course, the student will acquire a basic knowledge of the principal topics of electrochemical charge storage and energy conversion. The student will learn theoretical and technological aspects of batteries, fuel cells and supercapacitor devices. The student will also understand metallurgical and environmental aspects of batteries and fuel cells finalized to prevent degradation and promote eco-friendly systems and recycle processes of wastes.
Making judgments
Students will acquire the ability to critically discuss the principal problems related to batteries and fuel cell and to propose solution to material choices, corrosion phenomena and stability issues by using basic electrochemical and metallurgical notions.
Communication
The students will be able to communicate the scientific knowledge and methodological tools acquired in the course with a varied and composite audience in a clear and technical way. The student will sustain conversations on electrochemical energy conversion themes by evidencing vantages and disadvantages if compared with other energy conversion methods. The ability to use a technical language will be improved during the laboratory practice, where the students will be called to propose solutions to the investigated systems.
Learning skills
The student will acquire basic concepts of applied electrochemistry that will guide him/her to a critical assessment of the positive and negative aspects of a novel energy storage or conversion system and to the project of possible solutions. These skills will be enhanced thanks to a long and focused laboratory practice.
The course consists of frontal lessons, numerical and experimental exercises. Class contents will be given on the board or presented with the aid of Power Point Slides. Interactions with students will be stimulated during lessons in order to keep high the attention and comprehension of the contents.
Exams will be composed of an oral discussion of the theoretical part of the course (6 credits) and a written report on the experimental activity (3 credits).
The oral discussion will relate on four topics:
- Energetic aspects of energy storage and conversion devices;
- Kinetic aspects of energy storage and conversion devices;
- Dicussion of a battery/fuel cell system;
- Enviromental and corrosion aspects of a battery/fuel cell system
With the aim to verify to what extent the student has acquired the aptitude to manage electrochemical theoretical aspect of batteries/fuel cells systems and to apply them to the design and problem solving activities characteristic of these devices.
The written report on the experimental activity will be evaluated by taking into account the level of the scientific discussion, the correctness of the technical language and the completeness/precision of the overall document.
Theoretical lessons (6 credits)
Introduction to the course.
Introduction to electrochemistry. Differences between chemical and electrochemical reactions.
Energetic aspects of galvanic systems.
Notes on electrolytic solutions. Transport phenomena in solution. Migration, diffusion, convection.
Fundamental aspects of electrochemical kinetics in batteries: charge-transfer, diffusion and ohmic control. Charge-discharge curves.
Faradaic and non Faradaic processes. Electrode/Electrolyte double layer. Helmolz e Gouy-Chapman Models. Electrochemical Impedance Spectroscopy: principles and applications to the characterization of energy storage and conversion devices. Bode and Nyquist diagrams. Circuital models.
Electrochemical energy storage and conversion: introduction and electrochemical fundamental aspects.
Present state of the art of energy storage and conversion devices for application in mobile (consumer electronics
and biomedical devices), transport (hybrid and electric vehicles) and stationary (wind and photovoltaic systems).
Ragone plot.
Primary Batteries: conventional cells (Leclanche, manganese oxide/Zn, silver oxide/Zn, Zn/air), lithium batteries, reserve batteries, thermal batteries, sea batteries.
Secondary Batteries: Pb-acid, nickel - cadmium, silver- zinc, Zn-air.
alluminium - air, nickel - metal hydride, lithium. ZEBRA battery.
Processes and materials for hydrogen production and storage.
Fuel Cells: operating principle, general characteristic and classification. Advantages and disadvantages. Triple contact electrodes. Thermodynamic and kinetic aspects. Polarization curves. Membrane Electrodes Assembly.
Polymeric Electrolyte Fuel Cells (PEFC). Materials and operation of catalyzed electrodes and polymeric electrolytes. Perfluorosulfonic membranes (Nafion) and proton transport mechanisms. Water management.
Alkaline Fuel Cells. Phosphoric Acid Fuel Cells. Direct methanol fuel cells. Molten carbonate fuel cells. Solid oxide Fuel Cells.
Electrochemical capacitors and supercapacitors. Hybrid supercapacitors. Electrolytic supercapacitors.
Corrosion in batteries and fuel cells: fundamentals of electrochemical corrosion and metallurgical aspects in batteries and fuel cells.
Environmental impact of batteries and fuel cells.
Numerical exercises on energetics and kinetics of galvanic systems, energy conversion and storage, corrosion phenomena applied to batteries and fuel cells.
Laboratory Practice (3 credits)
Fabrication and electrochemical study of conventional batteries (such as Daniell cell, Zn-air) and fuel cells (PEMFC). focusing the attention on the Nernst equation and equilibrium potential measurements, battery technology and components, half-cell reactions, charging/discharging tests, and performance analysis.
Metallurgical aspect of corrosion processes.
Electrochemical corrosion of materials typically used in battery and fuel cell systems.
Microstructure analysis of samples affected by electrochemical corrosion.
Electrochemical corrosion of samples characterized by the same composition and different microstructures:
microstructural analysis and mechanical performances.
Electrochemical Methods - Fundamentals and Applications, A. J. Bard, L. R. Faulkner, Wiley (II edition), 2001
Modern Electrochemistry 2B, 2nd edition J. O'M. Bockris e A.K.N. Reddy Kluwer Academic/Plenum Publishers NY (2000)
Pietro Pedeferri, Corrosione e protezione dei materiali metallici. Vol. I e Vol. II, polipress, 2007, Milano Italia
Papers and reviews provided during the course.
BATTERIES AND FUEL CELLS (ING-IND/21)
CHIMICA FISICA APPLICATA
Corso di laurea INGEGNERIA INDUSTRIALE
Settore Scientifico Disciplinare ING-IND/23
Tipo corso di studio Laurea
Crediti 6.0
Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 0.0
Per immatricolati nel 2013/2014
Anno accademico di erogazione 2015/2016
Anno di corso 3
Semestre Secondo Semestre (dal 29/02/2016 al 03/06/2016)
Lingua
Percorso PERCORSO COMUNE (999)
Sede Lecce - Università degli Studi
CHIMICA FISICA APPLICATA (ING-IND/23)
Tesi
• G. Romano: "Influenza di alcuni parametri sperimentali sulle caratteristiche morfologiche di membrane di alumina preparate per via elettrochimica "
• M. Sciortino: "Elettrodeposizione e caratterizzazione di film elettrocromici su substrati ITO"
• F. Conciauro: "Preparazione e Caratterizzazione Elettrochimica di membrane per celle a combustibile "
• R. Ferraro: “Preparazione e Caratterizzazione di membrane di alumina anodica come supporto di conduttori protonici in fuel cell”, tesi premiata con una menzione alla manifestazione Premi OICE 2008 per il Premio in Ingegneria.
• L. Asaro: “Acidi solidi e conducibilità protonica nelle fuel cells”.
• L. Di Pasquale “Fabbricazione e Caratterizzazione di membrane per fuel cell portatili”
• G. F. Cacciatore, “Elettrodeposizione di Manganese per applicazioni in dispositivi per l’energia elettrochimica”
•L. Mastai, “Bio-Polimeri a base di chitosano per celle a combustibile”
• M. Tagliente, "Nanostrutture di polipirrolo come elettrocatalizzatori per la riduzione di ossigeno"
• G. Andriani, “Sensori Elettrochimici a base di Chitosano”
Pubblicazioni
Pubblicazioni aggiornate su Bocchetta, Patrizia - Author details - Scopus
- P. Bocchetta, C. Sunseri, A. Bottino, G. Capannelli, G. Chiavarotti, S. Piazza, and F. Di Quarto , "Asymmetric alumina membranes electrochemically formed in oxalic acid solution" Journal of Applied Electrochemistry, 32: 977-985, 2002;
- P. Bocchetta, C. Sunseri, G. Chiavarotti and F. Di Quarto, “Microporous alumina membranes electrochemically grown”, Electrochimica Acta, 48 (2003), Issues 20-22, 3175-3183;
- P. Bocchetta, C. Sunseri, R. Masi, S. Piazza, F. Di Quarto, “Influence of initial treatments of aluminum on the morphological features of electrochemically formed alumina membranes”, Materials Science and Engineering C 23 (2003) 1021-1026;
- P. Bocchetta, G. P. Chiavarotti,, R. Masi, C. Sunseri, F. Di Quarto, “Nanoporous alumina membranes filled with solid acid for thin film fuel cell at intermediate temperatures”, Electrochemistry Communications 6 (2004) 923-928;
- P. Bocchetta, F. Conciauro, G. Chiavarotti, F. Di Quarto, “Preparation and characterization of novel proton conducting membranes for thin film fuel cell”, HYSYDAYS Proceedings of “1st World Congress of Young Scientists on Hydrogen Energy Systems”, Editors Naim. H. Afgan, F. Orecchini e A. Santiangeli, Begell House Inc, New York, (2005) pp. 375-383, ISBN 1-56700-230-7;
- P. Bocchetta, M.Santamaria, F. Di Quarto, “Template electrosynthesis of La(OH)3 and Nd(OH)3 nanowires using porous anodic alumina”, Electrochemistry Communications 9 (2007) 683-688;
- P. Bocchetta, F. Conciauro, F. Di Quarto, “Nanoscale membrane electrode assemblies based on porous anodic alumina for hydrogen–oxygen fuel cell”, Journal of Solid State Electrochemistry, 11, 1253–1261 (2007).
- F. Di Quarto, V. Figà, P. Bocchetta, M. Santamaria, Photoelectrochemical Synthesis of Polypyrrole on Anodic Ta2O5 Films, Electrochem. and Solid State Letters, 10, H305-H308 (2007).
- P. Bocchetta, M.Santamaria, F. Di Quarto, Electrosynthesis of Ce-Co Mixed Oxide Nanotubes with High Aspect Ratio and Tunable Composition, Electrochem. and Solid State Letters, 11, 3 K27-K30 (2008).
- P. Bocchetta, M.Santamaria, F. Di Quarto, Anodic Alumina membranes as template for the synthesis of 1-D Metal oxide Nanostructures, Advanced Material Research, Vol. 38, P.213 (2008).
- P. Bocchetta, M.Santamaria, F. Di Quarto, Cerium Oxyhydroxide Nanowire Growth via Electrogeneration of Base in Nonaqueous Electrolytes, Electrochem. and Solid State Letters, 11, 9 K93-K97 (2008).
- P. Bocchetta, R. Ferraro and F. Di Quarto, Advances in Anodic Alumina Membranes-based fuel cell: CsH2PO4 pore-filler as proton conductor at room temperature, Journal of Power Source, 187, 49-56 (2009).
- M. Santamaria, P. Bocchetta, F. Di Quarto, Room temperature electrodeposition of photoactive Cd(OH)2 nanowires, Electrochem. Comm., 11 580–584 (2009);
- P. Bocchetta, M.Santamaria, F. Di Quarto, Anodic Alumina Membranes for Fuel Cell Technology and Nanostructure Template-assisted Deposition, Journal of Surface Finishing Society of Japan, 60 3 (2009).
- P. Bocchetta, M.Santamaria, F. Di Quarto, From ceria nanotubes to nanowires through electrogeneration of base, Journal of Applied Electrochemistry, 39, 2073 (2009).
- P. Bocchetta, M.Santamaria, F. Di Quarto, Comments on "Formation and characterization of nanotubes of La(OH)3 obtained using porous alumina membranes", Nanotechnology, 21 088001 (2010).
- F. Di Franco, P. Bocchetta, M. Santamaria, F. Di Quarto, Light induced electropolymerization of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) on niobium oxide, Electrochimica Acta, 56, 737-744 (2010).
- F. Di Franco, P. Bocchetta, C. Calì, M. Mosca, M. Santamaria, and F. Di Quarto, Electrochemical Fabrication of Metal/Oxide/Conducting Polymer Junction, Journal of Electrochemical Society, 158, H50-H54 (2011).
- P. Bocchetta, F. Conciauro, M. Santamaria, F. Di Quarto Cs0.86(NH4)1.14SO4Te(OH)6 in porous anodic alumina for micro fuel cell applications, Electrochimica Acta, 56, 3845 (2011).
- P. Bocchetta, F. Conciauro, M. Santamaria, F. Di Quarto, Electrodeposition of Supported Gadolinium-Doped Ceria Solid Solution Nanowires, Journal of Electrochemical Society, 159, E108-E114 (2012).
- P. Bocchetta, F. Conciauro, M. Santamaria, F. Di Quarto, Fuel cell performances of bio-membranes made of Chitosan-polyelectrolyte thin films and nanowires into anodic alumina membranes, 41, 79-89, ECS Transactions (2012).
- P. Bocchetta, M. Santamaria, F. Di Quarto, One-step electrochemical synthesis and physico-chemical characterization of CdSe nanotubes, Electrochimica Acta, 88, 340-346, (2013).
- B. Bozzini, P. Bocchetta, A. Gianoncelli, M. Amati, L. Gregoratti, C. Mele, M. Kiskinova, Synchrotron-based in situ characterization of PEMFC and SOFC components, proceeding at the 5th European Fuel Cell Piero Lunghi Conference and Exhibition, EFC 2013, Rome, Italy, 11-13 (2013)
- M. Santamaria, L. Asaro, P. Bocchetta, B. Megna, F. Di Quarto, Anodic Electro Deposition of CeO2 and Co-Doped CeO2 Thin Films, Journal of Electrochemical Society, 160, D212-D217 (2013).
- M. Santamaria, L. Asaro, P. Bocchetta, B. Megna, F. Di Quarto, Electrodeposition of CeO2 and Co-Doped CeO2 Nanotubes by Cyclic Anodization in Porous Alumina Membranes, ECS Electrochemistry Letters 2, D29-D32 (2013).
- G. Scaduto, M. Santamaria, P. Bocchetta, F. Di Quarto, The effect of hydration layers on the anodic growth and on the dielectric properties of Al2O3 for electrolytic capacitors, Thin Solid Films, 550, 128–134 (2014).
- B. Bozzini, P. Bocchetta, A. Gianoncelli, C. Mele, M. Kiskinova, Electrodeposition of Co/CoO Nanoparticles Onto Graphene for ORR Electrocatalysis: a Study Based on Micro-X-ray Absorption Spectroscopy and X-ray Fluorescence Mapping, Acta Chimica Slovenica, 61, 263-271 (2014).
- B. Bozzini, A. Gianoncelli, P. Bocchetta, S. Dal Zilio, G. Kourousias, Fabrication of a sealed electrochemical microcell for in situ soft X-ray microspectroscopy and testing with in situ Co-polypyrrole composite electrodeposition for Pt-free oxygen electrocatalysis, Analytical Chemistry, 86, 664-670 (2014).
- P. Bocchetta, A. Gianoncelli, M. K. Abyaneh, M. Kiskinova, M. Amati, L. Gregoratti, D. Jezeršek, C. Mele, B. Bozzini, Electrosynthesis of Co/PPy nanocomposites for ORR electrocatalysis: A study based on quasi-in situ X-ray absorption, fluorescence and in situ Raman spectroscopy, Electrochimica Acta, 137, 535-545 (2014).
- P. Bocchetta, M. Santamaria, F. Di Quarto, Preparation of Large Area Anodic Alumina Membranes and their Application to Thin Film Fuel Cell, Journal of Materials Science & Nanotechnology, 1, 1-9 (2014).
- P. Bocchetta, M. Amati, B. Bozzini, M. Catalano, A. Gianoncelli, L. Gregoratti, A. Taurino, M. Kiskinova, Quasi-in situ single-grain photoelectron microspectroscopy of Co/PPy nanocomposites under Oxygen Reduction Reaction, ACS Applied Materials & Interfaces, 6, 19621-9 (2014).
- A. Gianoncelli, I. Sgura, P. Bocchetta, D. Lacitignola, B. Bozzini, High-lateral resolution X-ray fluorescence microspectroscopy and dynamic mathematical modelling as tools for the study of electrodeposited electrocatalysts, X-Ray Spectrometry, 44 (2015) 263-275.
- M. Santamaria, C.M. Pecoraro, F. Di Quarto, P. Bocchetta, Chitosan-phosphotungstic acid complex as membranes for low temperature H2-O2 fuel cell, Journal of Power Sources, 276 (2015) 189-194.
- M. Santamaria, C.M. Pecoraro, P. Bocchetta, F. Di Quarto, Influence of Synthesis Conditions on the Performance of Chitosan-Heteropolyacid Complexes as Membranes for Low Temperature H2-O2 Fuel Cell, International Journal of Hydrogen Energy, 40 (2015) 14616-14626
- P. Bocchetta, M. Amati, L. Gregoratti, M. Kiskinova, H. Sezen, A. Taurino, B. Bozzini, Morphochemical evolution during ageing of pyrolized Mn/Polypyrrole nanocomposite oxygen reduction electrocatalysts: a study based on quasi-in situ photoelectron spectromicroscopy, Journal of Electroanalytical Chemistry, 758 (2015) 191–200.
- B. Bozzini, P. Bocchetta, A. Gianoncelli, G. Kourousias, S. Dal Zilio, M. Kiskinova, In situ soft X-ray fluorescence and absorption microspectroscopy: a study of Mn-Co/polypyrrole electrodeposition, Journal of Vacuum Society and Technology A, 33 (2015) 031102-1-6.
- B. Bozzini, M. Amati, P. Bocchetta, S. Dal Zilio, A. Knop-Gericke, E. Vesselli, M. Kiskinova, An in situ near-ambient pressure X-ray Photoelectron Spectroscopy study of Mn polarised anodically in a cell with solid oxide electrolyte, Electrochimica Acta 174 (2015) 532–541.
- B. Bozzini, P. Bocchetta, A. Gianoncelli, C. Mele, M. Kiskinova, Electrodeposition and Ageing of Mn-Based Binary Composite Oxygen Reduction Reaction Electrocatalysts, ChemElectroChem 2, 1541–1550 (2015).
- B. Bozzini, P. Bocchetta, A. Gianoncelli, Co-electrodeposition of ternary Mn-oxide/polypyrrole composites for ORR electrocatalysts: a study based on micro-X-ray absorption spectroscopy and X-ray fluorescence mapping, Energies 8 (2015) 8145-8164.
- B. Bozzini, P. Bocchetta, B. Alemán, M. Amati, A. Gianoncelli, L. Gregoratti, H. Sezen, A. Taurino, M. Kiskinova, Electrodeposition and pyrolysis of Mn/polypyrrole nanocomposites: a study based on soft X-ray absorption, fluorescence and photoelectron microspectroscopies, Journal of Material Chemistry A 3, 19155–19167 (2015).
- P. Bocchetta, B. Alemán, M. Amati, M. Fanetti, A. Goldoni, L. Gregoratti, M. Kiskinova, C. Mele, H. Sezen, B. Bozzini, ORR stability of Mn–Co/polypyrrole nanocomposite electrocatalysts studied by quasi in-situ identical-location photoelectron microspectroscopy, Electrochemistry Communications, 69 (2016) 50–54.
- P. Bocchetta, C. Ramírez S., A. Taurino, B. Bozzini, Accurate assessment of the oxygen reduction electrocatalytic activity of Mn/polypyrrole nanocomposites based on rotating disk electrode (RDE) measurements, complemented with multi-technique structural characterizations, Journal of Analytical Methods in Chemistry, Article ID 2030675, (2016) 16 pages.
- B. Bozzini, P. Bocchetta, G. Kourousias, A. Gianoncelli, Electrodeposition of Mn-Co/polypyrrole nanocomposites: an electrochemical and in situ soft-X ray microspectroscopic investigation, Polymers, 9 (2017) 1-22;
- C. Mele, P. Bocchetta, B. Bozzini, Characterization of a Zn micro-spheres anode in a laboratory flow Zn-air fuel cell, Journal of Applied Electrochemistry 47 (2017) 2010;
- P. Bocchetta, F. Conciauro, F. Selleri, Morphological evolution of Fe oxy-hydroxide nanotubes during electro-precipitation, Current Nanoscience, 15 (2019) 1-10;
- Patrizia Bocchetta, Domenico Frattini, Miriana Tagliente, Filippo Selleri, Electrochemical deposition of polypyrrole nanostructures for energy applications, Current nanoscience, 15 (2019) 1-21;
- Patrizia Bocchetta, Ionotropic gelation of chitosan for next-generation composite proton conducting flat structures, Molecules, 25 (2020) 1632;
- Patrizia Bocchetta, Domenico Frattini, Srabanti Ghosh, Allibai Mohanan Vinu Mohan, Yogesh Kumar, Yongchai Kwon, Soft materials for wearable/flexible electrochemical energy conversion, storage, and biosensor devices, Materials 13 (2020) 2733;
- Altaf, F., Ahmed, S., Usman, M., Batool, T., Shamshad, J., Bocchetta, P., & Batool, R. (2021). Removal of heavy metals from wastewater using novel polydopamine-modified cnts-based composite membranes. Processes, 9(12) doi:10.3390/pr9122120
- Altaf, F., Gill, R., Bocchetta, P., Batool, R., Hameed, M. U., Abbas, G., & Jacob, K. (2021). Electrosynthesis and characterization of novel CNx-HMMT supported pd nanocomposite material for methanol electro-oxidation. Energies, 14(12) doi:10.3390/en14123578
- An, H. K., Awais Javeed, M., Bae, G., Zubair, N., M. Metwally, A. S., Bocchetta, P., . . . Javed, M. S. (2022). Optimized intersection signal timing: An intelligent approach-based study for sustainable models. Sustainability (Switzerland), 14(18) doi:10.3390/su141811422
- Bharti, Ahmed, G., Kumar, Y., Bocchetta, P., & Sharma, S. (2021). Determination of quantum capacitance of niobium nitrides nb2n and nb4n3 for supercapacitor applications. Journal of Composites Science, 5(3) doi:10.3390/jcs5030085
- Bharti, Kumar, A., Ahmed, G., Gupta, M., Bocchetta, P., Adalati, R., . . . Kumar, Y. (2021). Theories and models of supercapacitors with recent advancements: Impact and interpretations. Nano Express, 2(2) doi:10.1088/2632-959X/abf8c2
- Bocchetta, P., Chen, L. -., Tardelli, J. D. C., Dos Reis, A. C., Almeraya-Calderón, F., & Leo, P. (2021). Passive layers and corrosion resistance of biomedical ti-6al-4v and β-ti alloys. Coatings, 11(5) doi:10.3390/coatings11050487
- Chami, S., Joly, N., Bocchetta, P., Martin, P., & Aliouche, D. (2021). Polyacrylamide grafted xanthan: Microwave-assisted synthesis and rheological behavior for polymer flooding. Polymers, 13(9) doi:10.3390/polym13091484
- Dujearic-Stephane, K., Gupta, M., Kumar, A., Sharma, V., Pandit, S., Bocchetta, P., & Kumar, Y. (2021). The effect of modifications of activated carbon materials on the capacitive performance: Surface, microstructure, and wettability. Journal of Composites Science, 5(3) doi:10.3390/jcs5030066
- Hameed, M. U., Akram, M. Y., Ali, G., Hafeez, M., Altaf, F., Ahmed, A., . . . Bocchetta, P. (2021). Facile preparation of Fe3 O4 nanoparticles/reduced graphene oxide composite as an efficient anode material for lithium-ion batteries. Coatings, 11(7) doi:10.3390/coatings11070836
- Kumar, Y., Uke, S. J., Kumar, A., Merdikar, S. P., Gupta, M., Thakur, A. K., . . . Kumar, Y. (2021). Triethanolamine-ethoxylate (TEA-EO) assisted hydrothermal synthesis of hierarchical β-MnO2nanorods: Effect of surface morphology on capacitive performance. Nano Express, 2(4) doi:10.1088/2632-959X/abef21
- Rastogi, S., Sharma, V., Gupta, M., Singh, P., Bocchetta, P., & Kumar, Y. (2021). Methods of synthesis and specific properties of graphene nano composites for biomedical and related energy storage applications. Current Nanoscience, 17(4), 572-590. doi:10.2174/1573413716666210106101124
- Sacco, P., Pedroso-Santana, S., Kumar, Y., Joly, N., Martin, P., & Bocchetta, P. (2021). Ionotropic gelation of chitosan flat structures and potential applications. Molecules, 26(3) doi:10.3390/molecules26030660
- Hameed, M. U., Bocchetta, P., Shahida, S., Altaf, F., Ahmed, A., & Majid Khan, A. (2022). Superior electrochemical performance of two-dimensional RGO/Cu/Cu2O composite as anode material for lithium-ion batteries. Energies, 15(3) doi:10.3390/en15030733
- Ishfaq, S., Nisar, S., Qayum, A., Iqbal, S., Fatima, N., Alasmary, F. A., . . . Bocchetta, P. (2022). Synthesis and characterization with computational studies of metal complexes of methyl 2-((4-cyanophenyl)(hydroxy) methyl)acrylate: A new biologically active multi-functional adduct. Separations, 9(10) doi:10.3390/separations9100306
- Jáquez-Muñoz, J. M., Gaona-Tiburcio, C., Chacón-Nava, J., Cabral-Miramontes, J., Nieves-Mendoza, D., Maldonado-Bandala, E. M., . . . Almeraya-Calderón, F. (2022). Electrochemical corrosion of titanium and titanium alloys anodized in H2SO4 and H3PO4 solutions. Coatings, 12(3) doi:10.3390/coatings12030325
- Kausar, A., & Bocchetta, P. (2022). Poly(methyl methacrylate) nanocomposite foams reinforced with carbon and inorganic Nanoparticles—State-of-the-art. Journal of Composites Science, 6(5) doi:10.3390/jcs6050129
- Kausar, A., & Bocchetta, P. (2022). Polymer/Graphene nanocomposite membranes: Status and emerging prospects. Journal of Composites Science, 6(3) doi:10.3390/jcs6030076
- Kumar, A., Yasin, G., Ajmal, S., Ali, S., Mushtaq, M. A., Makhlouf, M. M., . . . Ibraheem, S. (2022). Molecular MnN4-complex immobilized on carbon black as efficient electrocatalyst for oxygen reduction reaction. International Journal of Hydrogen Energy, 47(40), 17621-17629. doi:10.1016/j.ijhydene.2022.03.243
- Nazir, M. S., Abdalla, A. N., Metwally, A. S. M., Imran, M., Bocchetta, P., & Javed, M. S. (2022). Cryogenic-energy-storage-based optimized green growth of an integrated and sustainable energy system. Sustainability (Switzerland), 14(9) doi:10.3390/su14095301
- Taneja, N., Kumar, A., Gupta, P., Gupta, M., Singh, P., Bharti, . . . Kumar, Y. (2022). Advancements in liquid and solid electrolytes for their utilization in electrochemical systems. Journal of Energy Storage, 56 doi:10.1016/j.est.2022.105950
- Abbas, Q., Siyal, S. H., Mateen, A., Bajaber, M. A., Ahmad, A., Javed, M. S., . . . Bocchetta, P. (2022). Flower-like highly open-structured binder-free zn-co-oxide nanosheet for high-performance supercapacitor electrodes. Molecules, 27(15) doi:10.3390/molecules27154850
- Abbas, Q., Wen, L., Javed, M. S., Ahmad, A., Nazir, M. S., Assiri, M. A., . . . Bocchetta, P. (2022). Binder-free porous 3D-ZnO hexagonal-cubes for electrochemical energy storage applications. Materials, 15(6) doi:10.3390/ma15062250
- Abbasi, N. M., Hameed, M. U., Nasim, N., Ahmed, F., Altaf, F., Shahida, S., . . . Bocchetta, P. (2022). Plasmonic nano silver: An efficient colorimetric sensor for the selective detection of Hg2+ ions in real samples. Coatings, 12(6) doi:10.3390/coatings12060763
- Ahmed, S., Rui, W., Altaf, F., Khan, J., Bocchetta, P., & Zhang, H. (2022). Ultrafast studies of ZrTe3 by transient absorption spectrometer. Materials, 15(15) doi:10.3390/ma15155420
- Akhter, T., Khan, H. M., Honey, S., Hussain, S. S., Zahid, M., Javed, M. S., . . . Ansari, M. Z. (2022). Optimization of structural, electrical, and magnetic properties of ytterbium substituted W-type hexaferrite for multi-layer chip inductors. Ceramics International, 48(22), 33177-33184. doi:10.1016/j.ceramint.2022.07.258
- Altaf, F., Ahmed, S., Dastan, D., Batool, R., Rehman, Z. U., Shi, Z., . . . Jacob, K. (2022). Novel sepiolite reinforced emerging composite polymer electrolyte membranes for high-performance direct methanol fuel cells. Materials Today Chemistry, 24 doi:10.1016/j.mtchem.2022.100843
Proceedings
- P. Bocchetta, F. Conciauro, G. Chiavarotti, F. Di Quarto, “Preparation and characterization of novel proton conducting membranes for thin film fuel cell”, HYSYDAYS Proceedings of “1st World Congress of Young Scientists on Hydrogen Energy Systems”, Editors Naim. H. Afgan, F. Orecchini e A. Santiangeli, Begell House Inc, New York, (2005) pp. 375-383, ISBN 1-56700-230-7.
- P. Bocchetta, F. Conciauro, M. Santamaria, F. Di Quarto, Fuel cell performances of bio-membranes made of Chitosan-polyelectrolyte thin films and nanowires into anodic alumina membranes, 41, 79-89, ECS Transactions (2012).
- B. Bozzini, P. Bocchetta, A. Gianoncelli, M. Amati, L. Gregoratti, C. Mele, M. Kiskinova, Synchrotron-based in situ characterization of PEMFC and SOFC components, 5th European Fuel Cell Piero Lunghi Conference and Exhibition, EFC 2013, Rome, Italy, 11-13 (2013).
- P. Bocchetta, D. Cannoletta, F. Selleri, Recycle of Zincates and Aluminum to Fed Zn-Air Fuel Cells, Proceedings International, 2, 2020, 42 – 43.
Book Chapters
- B. Bozzini, M. Altissimo, M. Amati, P. Bocchetta, A. Gianoncelli, L. Gregoratti, G. Kourousias, L. Mancini, C. Mele, M. Kiskinova, In situ and ex situ x-ray microspectroelectrochemical methods for the study of zinc–air batteries, Reference Module in Chemistry, Molecular Sciences and Chemical Engineering (Elsevier) (2015) pp. 1–21.
- Patrizia Bocchetta, Liana Anicai, Teodor Visan, Filippo Selleri, Corrosion resistance improvement of metal alloys by laser cladding in “Laser Cladding of Metals”, Ed. P. Cavaliere, Springer, New York, USA, Cap.7 (2021).
Editorials
- P. Bocchetta, Nanostructured polymers for energy conversion and sensoristic applications, Current Nanoscience, 16, 460-461 (2020).
- P. Bocchetta, Soft and Nanostructured Materials for Energy Conversion, Materials, 14, 1492 (2021).
- Bocchetta, P. (2021). Green and sustainable nanomaterials for energy applications and corrosion inhibition. Current Nanoscience, 17(4), 503. doi:10.2174/157341371704210812113645
- Bocchetta, P. (2021). Soft and nanostructured materials for energy conversion. Materials, 14(6) doi:10.3390/ma14061492
Patents
- G. P. Chiavarotti, C. Sunseri,, U. Gullo, F. Di Quarto, P. Bocchetta, Process for Manifacturing a Porous Body, European Patent Application N° EP 1357626, November 04, 2003;
- G. P. Chiavarotti, C. Sunseri,, U. Gullo, F. Di Quarto, P. Bocchetta, Process for Manufacturing a porous alumina membrane for fuel cells, , European Patent Application N° EP1391235, February 25, 2004.
Temi di ricerca
La sua attività di ricerca si è sviluppata nel campo dell’Elettrochimica dei Materiali, ed in particolare sulle seguenti tematiche:
1) studio del processo di crescita di film porosi su alluminio;
2) elettrodeposizione e caratterizzazione di nuovi elettrocatalizzatori a base di polimeri conduttori per la riduzione di ossigeno in celle a combustibile (PEMFC, SOFC) e batterie Zn-aria;
3) nuove membrane a scambio protonico a base di bio-polimeri naturali (chitosano) per celle a combustibile (PEMFC e DMFC);
4) batterie Zn-aria a Zn particolato;
5) preparazione e funzionalizzazione di membrane anodiche di allumina per applicazione in Thin Film Fuel Cells;
6) fabbricazione elettrochimica di giunzioni metallo/ossido/semiconduttore organico per applicazione in dispositivi elettronici;
7) crescita elettrochimica e caratterizzazione di materiali nanostrutturati (ossidi, idrossidi di metalli e polimeri) per applicazioni energetiche e sensoristiche;
8) didattica della scienza.