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Materiali per l’Ottica A.A. 2014/2015 Maria Antonietta Ricci Dipartimento di Scienze, Università Roma Tre Materiali per l’ottica: Corso di Laurea in Ottica.

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1 Materiali per l’Ottica A.A. 2014/2015 Maria Antonietta Ricci Dipartimento di Scienze, Università Roma Tre Materiali per l’ottica: Corso di Laurea in Ottica e Optometria

2 Materiali per l’ottica Recapiti Orario ricevimento: sempre, previo appuntamento Telefono: WEB:http://www.fis.uniroma3.it/liquidsgroup Indirizzo: Laboratorio Fisica dei Liquidi, st.147, Via della Vasca Navale 84.

3 Introduzione Dal catalogo di una lente oftalmica… Materiali per l’ottica Qual’e’ l’impatto delle caratteristiche micro/macroscopiche dei materiali sulle prestazioni di una lente oftalmica? Proprietà e loro caratterizzazione Fabbricazione

4 Un decalogo LA LENTE OFTALMICA IDEALE 1.Elevato indice di rifrazione (lenti meno curve) 2.Basso peso specifico (lenti leggere) 3.Alta costringenza (miglior immagine, numero di Abbe) 4.Resistenza alla flessione (infrangibili) 5.Durezza (antigraffio) 6.Possibilità di colorazione del materiale (lenti scure) 7.Possibilità di trattamenti superficiali (antiriflesso) 8.Inattaccabilità ai solventi (facile pulizia, lunga vita) 9.Stabilità meccanica e lavorabilità (andranno pur montate…) 10.Economicità (andranno pur vendute…) Materiali per l’ottica Per capirne un pò di più studieremo:….

5 Materiali per l’ottica ….la relazione tra struttura e proprieta’ di un materiale e i processi di fabbricazione…. 1.Macroscopico 2.Microscopico 3.Atomico 4.Sub-atomico

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14 Legami molecolari Ionico Covalente Van der Waals  0.1 eV H idrogeno  <0.5 eV 1/r Ionico NaClNa L 3s 1 Cl L 3s 2 3p 5 Tra atomi a simmetria circa sferica  non direzionale Forti 1-5 eV

15 Legami molecolari Ionico Covalente Van der Waals  0.1 eV H idrogeno  <0.5 eV Forti 1-5 eV Covalente H 2 H 1s 1 Legame direzionale

16 Van der Waals Interazione tra momenti di dipolo V~1/r 6 forza dipolo permanente-dipolo permanente (o forza di Keesom) forza dipolo permanente-dipolo indotto (o forza di Debye) forza dipolo indotto istantaneo-dipolo indotto (o forza di dispersione di London) presentano anisotropia Sono circa 100 volte piu’ deboli dei legami covalenti

17 Idrogeno Un protone tra due atomi… l legame idrogeno o ponte idrogeno è un caso particolare di interazione fra dipoli. In particolare si tratta di un legame dipolo permanente - dipolo permanente in cui è implicato un atomo di idrogeno coinvolto in un legame covalente con elementi molto elettronegativi (come fluoro, ossigeno, azoto), i quali attraggono a sé gli elettroni di valenza, acquisendo una parziale carica negativa (-) lasciando l'idrogeno con una parziale carica positiva (+).[1] Il legame a idrogeno si forma quando la parziale carica positiva dell'idrogeno viene in contatto con un doppietto elettronico di un elemento fortemente elettronegativo (fluoro, ossigeno o azoto), il quale lega l'H (che viene definito accettore, invece l'elemento dove è legato l'H viene definito donore).

18 Capitoli: 1

19 Livelli di energia molecolari Transizioni tra livelli di energia degli elettroni corrispondono a energie nella banda UV e ottica (elettroni ottici) o nel range dei raggi X (elettroni di core). etano σ → σ* a 135 nm (visibile, UV)nm

20 Livelli di energia molecolari Transizioni tra livelli di energia vibrazionali nell’IR

21 Livelli di energia molecolari Transizioni tra livelli di energia rotazionali nell’FIR e microonde

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24 Bande di energia nei solidi

25 Stati elettronici nei solidi: bande elettroniche Materiali per l’ottica METALLI SEMICONDUTTORI ISOLANTI SEMIMETALLI OCCUPAZIONE DEI LIVELLI A 0 K: CLASSIFICAZIONE DEI SOLIDI Cu N elettroni in 4s La banda 4s ne puo’ contenere 2N Mg 2N elettroni in 3s Le bande 3s e 3p sono sovrapposte e 2N elettroni sono al disotto di Ef

26 Un’impurezza pentavalente, come l’antimonio, dona un elettrone libero Un’impurezza trivalente, come il crea una buca Stati elettronici nei solidi: stati di impurezza in isolanti e semiconduttori

27 Materiali per l’ottica Le impurezze nei cristalli inducono stati elettronici discreti all’interno della gap: in un modello tipo-idrogeno hanno energia Rydberg= 13.59… eV Interazione tra tipo idrogeno con potenziale coulombiano schermato dal mezzo. L’eq. Di Schroedinger ammette soluzione

28 Stati elettronici nei solidi: stati di impurezza in isolanti e semiconduttori Materiali per l’ottica

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32 Capitoli: 2, 18

33 nucleo m atomo m macromolecola m m mitocondrio cellula m m granello di sabbia m Al di sotto di m dobbiamo cambiare la sonda e le lenti

34 Onde in un liquido B A Vengono generate delle onde da sinistra verso destra: 1) Dall’ apertura posta sulla parete nascono delle onde di forma sferica (diffrazione) 2) Le onde sferiche generate dalle aperture A e B danno luogo a una serie di massimi e di minimi (interferenza)

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36 Principio di Huygens-Fresnel, le fenditure si comportano a loro volta come sorgenti di onde piane sferiche coerenti con la stessa fase iniziale. Ampiezze costanti (trascuriamo la variazione di ampiezza dovuta alla diverse distanze tra le fenditure e l’osservatore) Trascuriamo la larghezza delle fenditure d sin  = m con m = 1,2,3,...

37 2d sin  = m con m = 1,2,3,...

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39 identification and quantitative analysis of phases Quarz+Mullite Quarz Mullite e.g. mineral phases SiO 2 quartz SiO 2 cristobalite SiO 2 glass 3Al 2 O 3 2SiO 2 mullite e.g. metals, alloys Cu-Sn, Ag-Cu, Sn-Pb

40 k k’ q E=E’ k=k’ D2O H2O HDO

41 In che differisce un vetro da un liquido?

42 Materiali per l’ottica L’acqua Ad una data pressione esiste una temperatura definita alla quale il sistema cambia fase (Temperatura di transizione). Durante la trasformazione il sistema scambia con l’ambiente un calore latente H f Richiamo: transizioni di fase


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