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Materiali per l’ottica Il vetro: struttura (silice) Distanza Si-O= 1.6Å Si è circondato in media da 4 atomi di O L’ordine a corto raggio presente nella.

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Presentazione sul tema: "Materiali per l’ottica Il vetro: struttura (silice) Distanza Si-O= 1.6Å Si è circondato in media da 4 atomi di O L’ordine a corto raggio presente nella."— Transcript della presentazione:

1 Materiali per l’ottica Il vetro: struttura (silice) Distanza Si-O= 1.6Å Si è circondato in media da 4 atomi di O L’ordine a corto raggio presente nella silice è analogo a quello a lungo raggio trovato nella silice cristallina: tetraedri SiO 4 collegati per i vertici L’allargamento dei picchi indica che le distanze interatomiche dei tetraedri variano tra loro (mancanza di ordine a lungo raggio)

2 Materiali per l’ottica Il vetro: struttura (silice)

3 Materiali per l’ottica Il vetro: struttura (silice) Probabilità di trovare gli atomi in funzione della distanza da un determinato atomo prescelto Funzione di distribuzione radiale (FDR) della silice vetrosa

4 TEORIA DI PORAI-KOSHITS (1959) La struttura del vetro è costituita da domini nanocristallini (D=10-100Å) Ciascun dominio può anche avere una composizione diversa Zone con regolare disposizione delle unità strutturali collegate da zone esterne altamente disordinate In accordo con i dati XRD, con la presenza di gruppi OH E’ compatibile con la presenza di stati vetrosi in materiali non ossidi e con la trasparenza del vetro Materiali per l’ottica Il vetro: struttura (silice)

5 TEORIA DI ZACHARIASEN (1932) Si arguisce che che la differenza in energia tra vetro e cristallo della stessa composizione è molto piccola (altrimenti rapida devetrificazione): metastabilità prossima a stabilità Tipo di legami e motivo strutturale (ad es. tetraedro silicico) devono esser identici perché l’energia interna è funzione essenzialmente della energia di coesione Dato però che non si osserva ordine a lungo raggio, mentre nel cristallo le unità strutturali si ripetono periodicamente nello spazio,nel vetro le unità strutturali di dispongono in modo casuale distorcendo i legami ma mantenendo le “rete” del vetro continua Accordo con i dati XRD ma non spiega l’esistenza di vetri non costituiti da ossidi e non giustifica la presenza di gruppi OH- riscontrati nel vetro Materiali per l’ottica Il vetro: struttura (silice) Energia configurazione vetro cristallo devetrificazione

6 Confronto tra le due teorie (tra le molte esistenti…) Risultati al microscopio ottico hanno evidenziato zone eterogenee ben definite che non sono il risultato di una separazione di fase e come tali sono stabili ad eventuali trattamenti termici Zachariasen Porai-Koshits Materiali per l’ottica Il vetro: struttura (silice)

7 I costituenti del vetro si suddividono in : 1.Formatori: formano il vetro senza l’introduzione di altri ossidi (network formers): SiO 2, B 2 O 3, P 2 O 5, As 2 O 3. Esistono formatori parziali ovvero ossidi che formano il vetro con l’introduzione di almeno un altro ossido: TeO 2, SeO 2, MoO 3, WO 3 2.Modificatori che modificano la struttura del vetro ‘rompendo’ il network (network modifiers): Na 2 O, K 2 O, Li 2 O, CaO, PbO…La presenza di network modifiers comporta: - aumento della mobilità e diminuzione della viscosità (diminuzione della temperatura di formazione del vetro) -modifica delle proprietà del vetro a seconda della composizione 3. Stabilizzanti: riducono i danni dovuti al contatto con agenti esterni, p. es. acqua: Ca 2 O, MgO…. Materiali per l’ottica Il vetro: struttura (silice)

8 Tra i costituenti del vetro: Ossidi stabilizzatori Additivi anidride arseniosa, ossido di alluminio CaO, MgO, PbO, Al 2 O 3, BaO, ZnO… Decoloranti biossido di manganese Coloranti ad esempio, Fe, Cr, Ag, Cu, Co Opacizzanti floruri “cristallo”Vetro CrownVetro Flint Silice54.0%62.0%42.0% B2O3B2O3 Na 2 O5.0% CaO5.2% MgO K2OK2O14.0%1.7% PbO32.0%42.0% K 2 CO %14.7% Esempi di vetri Materiali per l’ottica Il vetro: struttura (silice)

9 1.L’introduzione di un altro ossido (ad esempio Na 2 O) distrugge la continuità del reticolo SiO 2 2.L’apporto dell’ossido modifica il rapporto Si/O e non è possibile che ciascun ione O sia legato a 2 atomi di Si. 3.Esistono degli ioni O che appartengono ad un solo tetraedro (ossigeni non pontanti: bridging) Esempio di vetro: sodalime Usato per finestre e contenitori. Materiali per l’ottica Il vetro: struttura (silice) Si Na O

10 Sintetici: plastiche, gomme, resine e adesivi, membrane… Naturali: cellulosa, lievito, seta, capelli, DNA, RNA…. Materia soffice Materia dura (metalli, ceramiche, etc.) Energia di interazione per unita’ di volume: E/a 3 dove a=distanza media Materia dura -> a= m E= J E/a 3 = J/m 3 Materia soffice -> a=10 -8 : m E= J E/a 3 = : 10 4 J/m 3 Di conseguenza la materia soffice puo’ subire cambiamenti rilevanti di struttura anche intorno a T ambiente. STRUTTURA PRIMARIA (o chimica) STRUTTURA SECONDARIA

11 Come le caratteristiche di un solido, cristallino o no sono determinate da: Struttura della molecola + forze intermolecolari e periodicita’ (per il cristallo), Cosi’, le caratteristiche della materia soffice dipendono da : Struttura della molecola di base + flessibilita’ della catena polimerica + interazioni tra catene + peso molecolare e sua distribuzione. distanza quadratica media tra le due estremita’ Interazioni tra unita’ della catena = Legami chimici Interazioni tra catene: van der Waals, legami H, interazioni idrofobiche…  anisotropia.

12 Polimeri lineari: Polistirene, polietilene HD, polimetilmetacrilato, nylon, fluorocarburi,…. Polimeri ramificati: Polietilene LD Polimeri reticolati: resine epossidiche, etc. Polimeri a legami incrociati (vulcanizzazione): gomme elastiche Forze di van der Waals e legami H Meno compatti, quindi meno densi Legami incrociati covalenti, ottenuti durante la sintesi con successiva reazione irreversibile

13 Capitoli: 3 Copolimeri a blocchi Polimeri a stella Polimeri a pennello

14 Capitolo 3 Capitolo 14


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