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Analisi e caratterizzazione di materiali nanostrutturati per dispositivi e sensori Dipartimento di Ingegneria – Università del Sannio CNR-INFM Coherentia,

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Presentazione sul tema: "Analisi e caratterizzazione di materiali nanostrutturati per dispositivi e sensori Dipartimento di Ingegneria – Università del Sannio CNR-INFM Coherentia,"— Transcript della presentazione:

1 Analisi e caratterizzazione di materiali nanostrutturati per dispositivi e sensori Dipartimento di Ingegneria – Università del Sannio CNR-INFM Coherentia, Napoli Distretto dei Materiali Polimerici IMAST, Portici

2 OUTLINE Cosa si intende per materiale nanostrutturato Realizzazione di materiali nanostrutturati in matrici polimeriche Caratterizzazione Possibili applicazioni Conclusioni Appendice: Bismuto

3 Cosa si intende per materiale nanostrutturato Un solido le cui dimensioni siano nellordine delle centinaia di nanometri ( m) o meno I Metalli in particolare su questa scala di dimensioni possono essere caratterizzati da nuove proprietà fisiche: Abbassamento del punto di fusione Superparamagnetismo Proprietà ottiche non-lineari

4 Utilità ??? Dobbiamo far si che le proprietà nano diventino macroscopiche Inseriamo il nanomateriale in una matrice polimerica Cerchiamo di ottenere una distribuzione uniforme di nanocariche Otteniamo un materiale ibrido

5 Realizzazione di materiali nanostrutturati in matrici polimeriche Si utilizzano precursori metallici aggiunti alla matrice polimerica Mercaptidi: sono composti solfo-organici la cui struttura è costituita da un atomo metallico legato ad uno o più atomi di zolfo Sono caratterizzati da una sintesi piuttosto semplice e da unelevata compatibilità con i polimeri Come metallo è stato impiegato Ferro

6 Mercaptidi Mercaptide ferroso: Fe(SC 12 H 25 ) 2 Fe(II) Mercaptide ferrico: Fe(SC 12 H 25 ) 3 Fe(III)

7 Matrici polimeriche Polistirene e Polivinilcarbazolo (PVK) Entrambi solidi a T amb e trasparenti alla luce inoltre il polistirene è termoplastico polistirene PVK

8 Realizzazione: fase finale Mercaptide e polimero vengo sciolti in cloroformio e miscelati Trattati con ultrasuoni Trattati termicamente a 250°

9 Campioni Più o meno trasparenti a seconda della durata del trattamento termico Dello spessore di qualche decimo di mm

10 Spin coating

11 Caratterizzazione Strutturale: Microscopia a trasmissione elettronica (TEM) - Diffrattometria a raggi X Ottica: Spettrofotometria Magnetica: Magnetomentro a campione vibrante (VSM) Magneto-Ottica: Pump-probe (working in progress)

12 TEM La Microscopia Elettronica a Trasmissione (TEM) permette di ottenere immagini delevata risoluzione (circa 3Ǻ) prodotte da elettroni ad alta energia (100 KeV) trasmessi su uno schermo fluorescente o su una lastra fotografica. Tali elettroni incidenti, altamente energetici, interagiscono con gli atomi del campione producendo una radiazione caratteristica, le particelle risultanti forniscono informazioni sulla caratterizzazione del materiale. L informazione è ottenuta dagli elettroni trasmessi, sia deviati sia non deviati, dagli elettroni secondari e retrodiffusi, e dai fotoni emessi

13 TEM

14 TEM polistirene-Fe(II)

15 TEM polistirene-Fe(III)

16 Diffrattometria a raggi X In questa tecnica un fascio di raggi X (collimato da una o più fenditure) viene inviato sul campione da studiare ad un certo angolo di incidenza; dopo aver interagito con il materiale, i raggi X vengono poi raccolti dalla parte opposta rispetto al campione, con un opportuno rivelatore. Per effetto della diffrazione il fascio in uscita presenta dei massimi di intensità per alcuni angoli di incidenza/uscita che contengono informazioni sulla composizione e sulle fasi cristallografiche del materiale, sulle dimensioni dei cristalli, sugli strain del reticolo, sulle caratteristiche di bordo grano

17 Diffrattometria a raggi X Polistirene - Fe(II)

18 Diffrattometria a raggi X Polistirene - Fe(III)

19 Magnetite Fe 3 O 4 2θNanocomposito (dǺ)Bulk Fe 3 O 4 (dǺ) – – – – – –

20 Magnetite Fe 3 O 4

21 Spettrofotometria legge di Lambert-Beer

22 Spettrofotometria polistirene-Fe(II)

23 Spettrofotometria polistirene-Fe(III)

24 Magnetometro a campione vibrante Il campione è posto in un campo magnetico uniforme ( max 2 Tesla ) H induce nel campione un momento magnetico m Il campione viene fatto vibrare al una frequenza di qualche decina di Hz A causa di questa oscillazione una tensione viene indotta ai capi di apposite bobine di acquisizione poste a ridosso del campione medesimo. Questa tensione ha un valore proporzionale alla magnetizzazione M=nm

25 Magnetometro a campione vibrante Elettromagnete Pick-up coil Sonda di Hall Asta vibrante con campione

26 Magnetometro a campione vibrante Curva di isteresi

27 Magnetometro a campione vibrante VSM Lake Shore 7404

28 Magnetometro a campione vibrante Polistirene

29 Magnetometro a campione vibrante Polistirene Fe(II) 3% in peso

30 Magnetometro a campione vibrante Polistirene Fe(II) 5% in peso

31 Magnetometro a campione vibrante Polistirene Fe(II) 10% in peso

32 Magnetometro a campione vibrante Polistirene Fe(III)

33 Pump-probe Sorgente laser Campione Beam-splitter Linea di ritardo Pump Probe

34 Pump-probe

35 Pump-probe MOKE

36 Applicazioni: rotazione di Faraday

37 Isolatore ottico – Modulatore ottico 45°

38 Isolatore ottico – Modulatore ottico

39 Conclusioni E stata messa a punto una tecnica per realizzare plastiche magnetiche I campioni realizzati hanno avuto unampia caratterizzazione E in corso la caratterizzazione di campioni con diversa matrice polimerica I materiali realizzati si prestano a molteplici impieghi nel campo della magneto-ottica

40 Bismuto Mercaptide di BismutoCurva di magnetizzazione PS-Bi

41 Effetto Seebeck

42 Contatti


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