materiali per l’ottica il vetro: struttura (silice) distanza si-o= 1.6Å si è circondato in media...

Materiali per l’ottica

Il vetro: struttura (silice) Distanza Si-O= 1.6Å

Si è circondato in media da 4 atomi di O

L’ordine a corto raggio presente nella silice è analogo a quello a lungo raggio trovato nella silice cristallina: tetraedri SiO4 collegati per i vertici

L’allargamento dei picchi indica che le distanze interatomiche dei tetraedri variano tra loro (mancanza di ordine a lungo raggio)


Il vetro: struttura (silice)



Probabilità di trovare gli atomi in funzione della distanza da un determinato atomo prescelto

Funzione di distribuzione radiale (FDR) della silice vetrosa

TEORIA DI PORAI-KOSHITS (1959)

La struttura del vetro è costituita da domini nanocristallini (D=10-100Å)Ciascun dominio può anche avere una composizione diversa

Zone con regolare disposizione delle unità strutturali collegate da zone esterne altamente disordinate

In accordo con i dati XRD, con la presenza di gruppi OHE’ compatibile con la presenza di stati vetrosi in materiali non ossidi e con la trasparenza del vetro



TEORIA DI ZACHARIASEN (1932)

Si arguisce che che la differenza in energia tra vetro e cristallo della stessa composizione è molto piccola (altrimenti rapida devetrificazione): metastabilità prossima a stabilità

Tipo di legami e motivo strutturale (ad es. tetraedro silicico) devono esser identiciperché l’energia interna è funzione essenzialmente della energia di coesione

Dato però che non si osserva ordine a lungo raggio, mentre nel cristallo le unità strutturali si ripetono periodicamente nello spazio,nel vetro le unità strutturali di dispongono in modo casuale distorcendo i legami ma mantenendo le “rete” del vetro continua

Accordo con i dati XRD ma non spiega l’esistenza di vetri non costituiti da ossidi e non giustifica la presenza di gruppi OH- riscontrati nel vetro


Il vetro: struttura (silice)Energia

configurazione

vetro cristallo

devetrificazione

Confronto tra le due teorie (tra le molte esistenti…)

Risultati al microscopio ottico hanno evidenziato zone eterogenee ben definite che non sono il risultato di una separazione di fase e come tali sono stabili ad eventuali trattamenti termici

Zachariasen Porai-Koshits



I costituenti del vetro si suddividono in :

1. Formatori: formano il vetro senza l’introduzione di altri ossidi (network formers): SiO2, B2O3, P2O5, As2O3. Esistono formatori parziali ovvero ossidi che formano il vetro con l’introduzione di almeno un altro ossido: TeO2, SeO2, MoO3, WO3

2. Modificatori che modificano la struttura del vetro ‘rompendo’ il network (network modifiers): Na2O, K2O, Li2O, CaO, PbO…La presenza di network modifiers comporta:

- aumento della mobilità e diminuzione della viscosità (diminuzione della temperatura di formazione del vetro)

- modifica delle proprietà del vetro a seconda della composizione

3. Stabilizzanti: riducono i danni dovuti al contatto con agenti esterni, p. es. acqua: Ca2O, MgO….



Tra i costituenti del vetro:Ossidi stabilizzatori

Additivi anidride arseniosa, ossido di alluminio

CaO, MgO, PbO, Al2O3, BaO, ZnO…

Decoloranti biossido di manganeseColoranti ad esempio, Fe, Cr, Ag, Cu, CoOpacizzanti floruri

“cristallo” Vetro Crown Vetro Flint

Silice 54.0% 62.0% 42.0%

B2O3

Na2O 5.0%

CaO 5.2%

MgO

K2O 14.0% 1.7%

PbO 32.0% 42.0%

K2CO3 21.9% 14.7%

Esempi di vetri



1. L’introduzione di un altro ossido (ad esempio Na2O) distrugge la continuità del reticolo SiO2

2. L’apporto dell’ossido modifica il rapporto Si/O e non è possibile che ciascun ione O sia legato a 2 atomi di Si.

3. Esistono degli ioni O che appartengono ad un solo tetraedro (ossigeni non pontanti: bridging)

Esempio di vetro: sodalimeUsato per finestre e contenitori.



Si

Na

O

POLIMERISintetici: plastiche, gomme, resine e adesivi, membrane…Naturali: cellulosa, lievito, seta, capelli, DNA, RNA….Materia soffice -------- Materia dura (metalli, ceramiche, etc.)

Energia di interazione per unita’ di volume:E/a3 dove a=distanza mediaMateria dura -> a=10-10m E= 10-18JE/a3= 1012 J/m3

Materia soffice -> a=10-8 : 10-6m E= 10-20JE/a3= 10-2 : 104 J/m3

Di conseguenza la materia soffice puo’ subire cambiamenti rilevanti di struttura anche intorno a T ambiente.

STRUTTURA PRIMARIA (o chimica)STRUTTURA SECONDARIA

Come le caratteristiche di un solido, cristallino o no sono determinate da:Struttura della molecola + forze intermolecolari e periodicita’ (per il cristallo), Cosi’, le caratteristiche della materia soffice dipendono da :Struttura della molecola di base + flessibilita’ della catena polimerica + interazioni tra catene + peso molecolare e sua distribuzione.

<R2> distanza quadratica media tra le due estremita’

Interazioni tra unita’ della catena =Legami chimici

Interazioni tra catene: van der Waals, legami H, interazioni idrofobiche… anisotropia.

Polimeri lineari:Polistirene, polietilene HD, polimetilmetacrilato, nylon, fluorocarburi,….

Polimeri ramificati:Polietilene LD

Polimeri reticolati: resine epossidiche, etc.

Polimeri a legami incrociati (vulcanizzazione): gomme elastiche

Forze di van der Waals e legami H

Meno compatti, quindi meno densi

Legami incrociati covalenti, ottenuti durante la sintesi con successiva reazione irreversibile

Capitoli: 3

Copolimeri a blocchi

Polimeri a stella

Polimeri a pennello

• Capitolo 3• Capitolo 14

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