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 diffrazione si ha quando la luce incontra un ostacolo (d) con dimensioni molto simili alla sua lunghezza d’onda.

d ≈ La luce “aggira l’ostacolo”

ovvero è solo la lunghezza d’onda con dimensioni pari all’oggetto a passare.

LA DIFFRAZIONE DELLA LUCE

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 1.6 L 300 mL 70°C

Grandi 425 nm 1.6 L 400 mL 70°C

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.

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

Aria

Silice

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 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 Si ringraziano i docenti e i tecnici dell’università Cà Foscari di Venezia e del Liceo Scientifico G.Bruno di Mestre che hanno Venezia e del Liceo Scientifico G.Bruno di Mestre che hanno permesso la realizzazione del progetto lauree scientifichepermesso la realizzazione del progetto lauree scientifiche

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