Misure di fotocorrelazione in sistemi colloidali carichi Daniele Di Pietro

Introduzione SCOPO Studio della dinamica di un sistema colloidale carico (Laponite) METODO Esperimento di scattering dinamico della luce TECNICA SPERIMENTALE Fotocorrelazione: analisi della funzione di correlazione dell’intensità del fascio diffuso dal mezzo

L’esperimento Laser He-Ne Cella con campione (T=28°) Fascio diffuso a 90° rivelatore Le misure sono state effettuate usando un correlatore logaritmico ALV-5000 collegato ad un allestimento ottico standard:

Esperimenti di scattering della luce (1/2) Il campo incidente induce un dipolo oscillante sulla materia Le molecole nel volume illuminato divengono sorgenti secondarie e diffondendo luce Il campo diffuso a distanza R con polarizzazione n f, vettore d’onda k f e frequenza  f sarà:

Esperimenti di scattering della luce (2/2) Il campo diffuso dalle molecole Dipende dalla componente del tensore di polarizzabilità molecolare: trasformando secondo Fourier Moto rotazionale e vibrazionale Moto traslazionale

Misurando le proprietà temporali della radiazione diffusa si ottengono informazioni sulla dinamica del campione Dinamica del campione induce Fluttuazioni della polarizzabilità Fluttuazioni del campo diffuso Funzione di correlazione:

Funzione di correlazione del campo diffuso: Funzione di correlazione della polarizzabilità:

Tecnica omodina Funzione di correlazione omodina: RIVELATORE AUTOCORRELAZIONE MEMORIZZAZIONE LUCE DIFFUSA RIVELATORE Approssimazione gaussiana

Il campione: Laponite Formula empirica: Densità: 2570 kg/m 3 Struttura elementare: strato di sei ioni ottaedrali di magnesio fra due strati di quattro atomi tetraedrali di silicio legati da atomi di sodio Le funzioni di correlazione delle variabili dinamiche del sistema dipendono anche dal tempo di invecchiamento t w trascorso dalla preparazione del campione

Scattering da soluzioni diluite di molecole anisotrope Per molecole anisotrope si ha: dove

Fotocorrelazione La quantità misurata è: Si può analizzare luce polarizzata I VV e depolarizzata I VH, legate fra loro dalla:

L’analisi del polarizzato Si analizza luce polarizzata si misura: Che è determinata principalmente dalla diffusione traslazionale in quanto dal numero di fotoconteggi risulta sperimentalmente che il conteggio di I VH in g VV è trascurabile

Dati sperimentali (1/4) Effetto dell’ invecchiamento sulla funzione di correlazione dell’intensità del campo diffuso (g 2 VV vs t)

Dati sperimentali (2/4) Funzione di correlazione: dinamica veloce dinamica lenta La dinamica veloce risulta indipendente dall’invecchiamento I parametri caratteristici della dinamica lenta risultano essere dipendenti dall’invecchiamento

Dati sperimentali (3/4)  2 vs t w ln(  2 ) vs t w Il tempo caratteristico della dinamica lenta  2 risulta essere una funzione crescente dell’invecchiamento

Dati sperimentali (4/4) Lo stretching  risulta invece essere una funzione decrescente dell’invecchiamento  vs t w

L’analisi del depolarizzato (dati raccolti da Chiara Vitelli) (1/2) Si analizza luce depolarizzata Che è determinata sia dal moto traslazionale che rotazionale delle molecole si misura:

L’analisi del depolarizzato (dati raccolti da Chiara Vitelli) (2/2)  2 VH vs t w ln(  2 VH ) vs t w Seguendo l’analisi dati effettuata per il polarizzato si ottiene lo stesso andamento del tempo di rilassamento caratteristico della dinamica lenta:

Conclusioni Qualitativamente le dinamiche dei gradi di libertà traslazionali e rotazionali risultano molto simili fra loro Per tempi d’invecchiamento piccoli l’andamento del tempo di rilassamento caratteristico della dinamica lenta risulta differire di circa un ordine di grandezza fra i due gradi di libertà analizzati Per tempi d’invecchiamento crescenti il tempo di rilassamento caratteristico della dinamica lenta rotazionale (t 2 VH ) cresce più rapidamente di quello traslazionale (t 2 VV )

Riassumendo Studio della dinamica di un sistema colloidale carico (Laponite) tramite misure di scattering dinamico della luce Tecnica sperimentale: fotocorrelazione (funzione di correlazione, tecnica omodina) Analisi dei gradi di libertà traslazionali e rotazionali Confronto dei risultati sperimentali riguardo la dinamica nelle due geometrie osservate