PROGETTO LAUREE SCIENTIFICHE Preparazione degli opali diretti e inversi Fasolato Marco 4° B ch Sorgato Martina I.T.I.S. Primo Levi Favaro Diego a.s. 2008-2009

GLI OPALI L’opale (da “Opalus”: vedere il cambiamento di colore) è un minerale composto principalmente di silice (silice idrata: SiO2·nH2O), ha un colore variabile dal trasparente al bianco latte, con una infinità di sfumature intermedie (verde, rosso, giallo, marrone, nero). L'opalescenza è il gioco di colori e di riflessi presentati dagli opali, dovuta alla diffrazione della luce causata a sua volta dalla regolare disposizione delle sferette di silice in forma impaccata e regolare. A seconda della grandezze delle nanosfere abbiamo riflessi di colori diversi.

La luce “aggira l’ostacolo” LA DIFFRAZIONE DELLA LUCE La diffrazione si ha quando la luce incontra un ostacolo (d) con dimensioni molto simili alla sua lunghezza d’onda. d ≈ l La luce “aggira l’ostacolo” ovvero è solo la lunghezza d’onda con dimensioni pari all’oggetto a passare.

IL RETICOLO DI DIFFRAZIONE Utilizzando un sistema composto da molte fenditure, vicine tra loro, a distanza costante si ottiene un reticolo, e si migliora la figura di diffrazione. La stessa struttura è creata dalle sfere compatte che formano l’opale che quindi può essere considerato un reticolo di diffrazione.

CREARE L’OPALE DIRETTO E’ possibile creare in laboratorio una nanostruttura simile a quella degli opali naturali (polimetacrilato di metile). In laboratorio possiamo controllare la grandezza delle nanosfere che dipende da : - Volume di acqua - Volume di metacrilato di metile - Temperatura Misura Diametro Quantità di Acqua Volume metacrilato di metile Temperatura Piccole 310 nm 1.6 L 300 mL 80°C Medie 385 nm 70°C Grandi 425 nm 400 mL

PROCEDIMENTO OPALE DIRETTO IN LABORATORIO 1. Preparazione della sospensione del monomero e polimerizzazione radicalica a temperatura costante (80°C): [20 mL di acqua, 4.5 mL di metacrilato di metile, 0.6g di attivatore “2,2 azobis(2metilpropinammide)dihydrochloride” con l’aggiunta di 4 ml di acqua ] 2. Centrifugazione ed essiccazione dell’opale Apparecchiatura usata.

LA POLIMERIZZAZIONE Il polimetilmetacrilato (PMMA) è un polimero che si forma dal monomero metacrilato di metile, CH2CCH3COOCH3, (MMA). Il metacrilato di metile viene disperso agitandolo in un liquido in cui non è solubile (es.acqua). Si forma una sospensione formata da piccolissime goccioline che racchiudono monomeri formanti sfere di PMMA. La reazione viene catalizzata da attivatori radicalici.

REAZIONI CHIMICHE

FASE DI TERMINAZIONE

GLI OPALI AL SEM L’osservazione al microscopio elettronico degli opali prodotti ha permesso di effettuare la misura del diametro delle nanosfere. Il valore rilevato mediamente è di ca. 310 nm

PER CREARE L’OPALE INVERSO Creazione della matrice solida di silice (SiO2) attraverso tecnica sol-gel. Si utilizzano soluzioni che “riempiono” gli interstizi tra le palline di polimero costituenti la struttura dell’opale. Aria Silice 10 mL di soluzione composta da: CH3CH2OH 28.6% Si(OCH2CH3)4 42.8% H2O 21.4% HCl 7.2% (percentuali in volume) utilizzare 3.5 mL/g opale

Con un trattamento termico a 600°C, si elimina la parte organica Con un trattamento termico a 600°C, si elimina la parte organica. Si ottiene l’ opale inverso costituito da uniformi spazi vuoti sferici circondati da pareti solide. Questo tipo di cristalli sono anche chiamati cristalli fotonici. Un cristallo fotonico è una nanostrutturra dove l'indice di rifrazione ha una modulazione periodica su scale comparabili alla lunghezza d'onda della luce.

GLI OPALI INVERSI AL SEM Immagini al SEM realizzate all’università di Venezia (sede via Torino)

APPLICAZIONE DEGLI OPALI INVERSI Le strutture che si creano sono dei “filtri” per selezionare lunghezze d’onda della luce. C’è inoltre la possibilità di cambiare il diametro dei fori e l’indice di rifrazione del materiale per scegliere quali l filtrare. Gli opali inversi quindi possono essere usati per “guidare” la luce.

Nella tecnologia informatica potrebbero andare a sostituire semiconduttori presenti negli attuali circuiti elettrici con il vantaggio di una maggior velocità e un bassissimo consumo energetico. Come sensori molecolari ovvero gabbie per molecole in grado di rivelare concentrazioni bassissime di sostanze specifiche. Ala di farfalla Cristallo fotonico 1D Cristallo fotonico 2D Cristallo fotonico 3D

CONCLUSIONI Fasolato Marco 4° B ch Sorgato Martina I.T.I.S. Primo Levi   L’attività svolta è stata molto interessante, abbiamo acquisito nuove conoscenze ed effettuato esperienze molto significative. Abbiamo lavorato in gruppi, utilizzato attrezzature di livello specialistico, con l’ausilio di docenti e tecnici universitari. Questa attività è stata un’ottima opportunità per conoscere l’ambito dello sviluppo della ricerca scientifica e ci ha aperto una finestra nel mondo universitario. Si ringraziano i docenti e i tecnici dell’università Cà Foscari di Venezia e del Liceo Scientifico G.Bruno di Mestre che hanno permesso la realizzazione del progetto lauree scientifiche Fasolato Marco 4° B ch Sorgato Martina I.T.I.S. Primo Levi Favaro Diego a.s. 2008-2009