Orbitali atomici (atomo di Bohr)
Orbitali molecolari
CH4
C2H4 Legami coniugati
C2H2
Gli orbitali possono sovrapporsi frontalmente dando luogo a
legami oppure lateralmente dando luogo a legami . Sovraposizione
orbitali p Legame
Grafene singolo strato conduttivo trasparente Nobel per la
fisica 2010 Andre Geim Konstantin Novoselov
Forme allotropiche del Carbonio: lo stesso elemento, strutture
diverse propriet diverse
diamante
grafite
Tutti legami
e
SP3 Isolante
SP2 conduttivo
La classificazione dei materiali
I metalli sono elementi chimici che formano solidi che sono
opachi alle radiazioni, buoni conduttori di calore ed elettricit e,
quando lucidati, buoni riflettenti della luce. La maggior parte dei
metalli sono resistenti, duttili e malleabili e, in generale di
alta densit. I metalli sono i materiali strutturali pi utilizzati
dalla tecnologia attuale ed includono una grossa variet di leghe a
base di ferro.
Tipo di legame chimico: covalente, ionico o misto
covalente ionico Questa classe pu essere definita come ogni
solido inorganico, non metallico lavorato o utilizzato ad alta
temperatura. Immediatamente pensiamo a cose come il vasellame, i
sanitari, le mattonelle, la porcellana ecc., sottostimando le
applicazioni ad alta tecnologia degli ossidi, carburi e nitruri che
sono di grosso interesse industriale. I ceramici includono anche
materiali come vetri, grafite e cemento.
Questa classe copre un gruppo di materiali organici con la
comune caratteristica di essere legati chimicamente con legami
covalenti. Molecole semplici (spesso gruppi carbonio-idrogeno) sono
unite in catene molto lunghe da legami covalenti molto forti mentre
deboli legami secondari (dipoli, van der Waals, ponti idrogeno) le
tengono unite.
Polimeri e polimerizzazione: definizioni La polimerizzazione dei
monomeri sviluppa polimeri lineari (termoplastici) e polimeri
reticolati (termoindurenti)
Questi materiali non sono mai completamente cristallini e
possono essere anche esclusivamente amorfi. Possono essere di
origine naturale come le fibre (cotone, seta, lino ecc.) o come il
legno o sintetici come molti dei polimeri termoplastici
correntemente in uso. Oltre alle materie plastiche i polimeri sono
la base per vernici, gomme, e fibre sintetiche.
Polimeri naturali di origine vegetale: terpeni
(isoprenoidi)idrocarburi insaturi derivati dellisoprene presenti
negli oli essenziali di molte piante e negli essudati gommosi
(oleoresine) degli alberi
lineari
ciclici
Terpenes 1 2 3 4 5 6 7 Monoterpeni Sesquiterpeni Diterpeni
Sesterpeni Triterpeni Carotenoidi Gomma
Isoprene unit Atomi di Carbonio 2 10 3 15 4 20 5 25 6 30 8 40
> 100 > 500
Polimeri naturali di origine vegetale: terpeni (derivati
dellisoprene)
timolo (origano) carotenoidi
licoprene (pomodoro)
-carotene (carote)
retinolo (vitamina A)
labdanoid
pinene, canfene (rosmarino)
miscele di terpeni ciclici resine
Polimeri naturali di origine vegetale: resina fossile
(ambra)
LAmbra la resina di alcuni alberi che ha subito un processo di
fossilizzazione. Le ambre pi antiche si trovano in rocce (depositi
friabili) risalenti al Carbonifero (300 Ml di anni), mentre le pi
abbondanti sono di solo 30-40 Ml di anni (Eocene).
Nelle ambre fossili, le miscele di terpeni ciclici a pi alto
peso molecolare (sesquiterpenoidi e diterpenoidi) e di componenti
pi volatili (monoterpeni - pinene, carene, limonene, ) delle
resine, hanno subito nel tempo e per effetto delle alte pressioni e
temperature dei depositi, un lento processo polimerizzazione
radicalica dei doppi legami insaturi presenti nella struttura
macromolecolare (in assenza di ossigeno).
Polimeri naturali di origine vegetale: resina fossile (ambra) I
doppi legami insaturi presenti nelle molecole dei terpeni ciclici
delle resine (dove ci sono composti pi piccoli e volatili e
composti pi pesanti) subiscono un processo di polimerizzazione
radicalica analogo a quello osservato nella resina dellalbero della
gomma (cis-poli-isoprene) e, contemporaneamente, una lenta
evaporazione dei composti volatili
caucci
isoprene
Polimeri naturali di origine vegetale : Caucci e Gutta-perca
Hevea brasiliensis Ficus elastica Palaquium gutta
Lattice di gomma che contiene miscele di polimeri lineari
insaturi dellisoprene (di diversa lunghezza)cis-polisoprene
caucci Addizione radicalica gutta-percatrans-polisoprene
Polimeri naturali di origine vegetale: polisaccaride - amido e
cellulosa
Amido (isotattico)
Cellulosa (sindiotattico)
cellulosa
Ibridazione sp3 Configurazione a sedia: Possibile isomerismo
Forti legami Secondari: Ponti idrogeno
Polimeri naturali di origine animale: polisaccaride -
Chitina
Gusci di aragoste, gamberi, granchi, gamberetti e altri
crostacei
Unit di-saccaride della poli-(Nacetil-glucosammina)
Unit di-saccaride dellacido ialuronico. Presente nei tessuti
connettivi dei mammiferi (pelle)
Polimeri naturali di origine animale: aminoacidi e proteine
ammina
Acido carbossilico
Aminoacido
R -H -CH3 -OH -SH
glicina alanina serina (presente nella seta) cisteina
Polimeri naturali di origine animale: aminoacidi e proteine- Il
legame necessario per formare una catena - Reazione di
condensazione: eliminazione di una molecola di acqua - il prodotto
(di-peptide) bi-funzionale
100 amino acidi : proteine
Polimeri naturali di origine animale: aminoacidi e proteine
Polimeri naturali di origine animale: aminoacidi e proteine La
catena di aminoacidi: macromolecole che per la loro complessa
composizione sono in grado di assemblarsi in differenti modi e
forme:
La disposizione spaziale Con formazione di legami secondari
forti che stabilizzano la forma: Piastrine o eliche
La sequenza spaziale di piastrine , di eliche e di segmenti
amorfi
Polimeri naturali di origine animale: cheratine Proteine fibrose
principalmente dagli aminoacidi lisina, arginina e cisteina (che
contiene Zolfo, S). Presente nella pelle, capelli, cornea, unghie,
corno, guscio delle tartarughe
Polimeri naturali di origine animale: Seta (bachi, ragni)
Molti insetti producono filamenti molto resistenti utilizzati
per le loro ragnatele o i loro bozzoli
Polimeri naturali di origine animale: Seta (bachi, ragni)
Nella fibra di seta secreta dallinsetto sono presenti due
proteine: Sericina e Fibroina Sericina: sostanza gommosa formata da
catene degli aminoaci con alta percentuale di Serina (30%)
Fibroina: materiale stutturale a base di Glicina (40%), Alanina
(30%), Serina (15%)
Il filamento di seta (Bombix) formato da due bave di fibroina
(80%) avvolte da sericina (20%). Nella seta utilizzata come fibra
tessile, la sericina viene parzialmente rimossa (seta cruda) o
completamente rimossa con il processo di sgommatura.
Polimeri naturali di origine animale: fibre resistenti ed
elastiche La elevata resistenza e flessibilit della fibra di seta
dipende dai forti legami idrogeno presenti nella struttura
secondaria, dalla organizzazione e dalla orientazione delle zone
cristalline nella fibra nella struttura terziaria
I legami secondari stabilizzano le piastrine e le eliche La
formazione di zone cristalline intercalate da random coils ed
eliche impartisce elasticit alla fibra E=3-5 GPa (acciaio 200 GPa)
, allungamento a rottura b= 20-30% (acciaio 2%) Lorientazione delle
zone cristalline nella direzione dello stiro della fibra le
impartisce alta resistenza (2 Gpa, acciaio 3GPa).
Polimeri naturali di origine animale: DNA
guanina
adenosina
tirosina
Lintervento delluomo: sintesi chimiche - polimeri di origine
naturale (da non confondere con i polimeri naturali) - polimeri
interamente sintetici
Polimeri di origine naturale: Lintervento delluomo
Vulcanizzazione del caucci e della gutta-perca Hevea brasiliensis
Ficus elastica Palaquium gutta
Lattice di gomma che contiene miscele di polimeri lineari
insaturi dellisoprene (di diversa lunghezza)
isoprene
Levaporazione delle componenti volatili e coagulazione del
lattice di gomma produce un solido secco elastico
Polimeri di origine naturale: Vulcanizzazione della gomma (1830)
Il materiale secco che contiene le catene insature di polisoprene
risulta difficile da utilizzare per le scarse caratteristiche
meccaniche (tende a fluire) e per la sua appiccicosit. E un
materiale viscoelastico con una componente viscosa dominante (una
gomma da masticare Chicle, gomma naturale dellalbero Manilkara
chicle specie famiglia sapotacee). Charles Goodyear Vulcanizzazione
della gomma 1830 circaPoli-isoprene reticolato
La gomma vulcanizzata un materiale viscoelastico con una
componente elastica dominante.
Polimeri di origine naturale: Caucci e Gutta-perca Gomma
vulcanizzata Materiale elastico
Poliisoprene 1.4 cis (caucciu)
Ebanite Materiale rigido ma resiliente Poliisoprene 1.4 trans
(guttaperca)
1880
guttie 1840
Polimeri di origine naturale: Lacca cinese (7000 AC) Urusciolo,
resina (velenosa urticante) ottenuta dalla quercia, edera, urushi
tree ed altre piante: una miscela di fenoli
-(CH2)14CH3 edera
-(CH2)7CH=CH(CH2)5CH3 quercia
Dinastia Yuan 1271 - 1368
Per ossidazione in ambiente umido in presenza di enzimi
(catalizzatori), i fenoli polimerizzano creando un termoplastico
vetroso-lucido. Il colore viene ottenuto aggiungendo ossidi di
Ferro: rosso, Ossido ferrico Fe2O3, o nero, Ossido ferroso FeO.
Polimeri sintetici da polimeri naturali: nitrocellulosa
(1870)
Gli studi su nuovi esplosivi basati sulla combinazione di acido
nitrico( HNO3) e solforico con amido e cellulosa hanno portato alla
formulazione della Nitrocellulosa, polimero termoplastico rigido,
incolore e trasparente: la celluloide (infiammabile). Questo
polimero termoplastico poteva essere termoformato o lavorato in
pellicole trasparenti.
1889 celluloide (pi flessibile)
Polimeri sintetici da polimeri naturali: Fibre artificiali dalla
cellulosa (1920) Le fibre artificiali sono ottenute da polimeri
naturali attraverso delle manipolazioni chimiche. Le prime fibre
artificiali sono state prodotte alla fine dell800, inizio 900 come
seta artificiale o seta di legno. Le fibre ottenute erano continue,
sottili e lisce come la seta ma non possedevano le stesse
caratteristiche meccaniche.
Rayon 1925 (cellulosa rigenerata) Acetato di cellulosa 1929
Polimeri sintetici da polimeri naturali: Acetato di cellulosa
(1906) Lacetato di cellulosa, polimero termoplastico, ottenuto con
un processo di lavorazione complesso che prevede il trattamento e
dissoluzione con acido solforico ed anidride acetica per la
esterificazione e successiva idrolisi (rimuovere lo zolfo). La
soluzione di acido acetico e acetato viene lavorata in fibre (per
evaporazione del solvente) o in lastre termoformabili. Fibre di
acetato di cellulosa
Gruppi acetato (triacetato)
1910-20 (non infiammabile) 1920-30
1929
2000
Polimeri sintetici da polimeri naturali: Viscosa o Rayon (1924)
Le fibre di cellulosa (pasta di legno), trattate con soda caustica
(idrossido di Sodio, NaOH) e di-Solfuro di Carbonio (CS2),
producono una soluzione viscosa che, passando in docce dotate di
tanti piccoli uggelli, precipita come cellulosa rigenerata in bagni
di soluzioni acide (wet spinning). Ottenuta in film sottili il
cellophane. Lorientazione durante lo spinning orienta le catene
polimeriche di cellullosa favorendo la formazione di ponti idrogeno
fra le macromolecole di cellulosa.
Polimeri interamente sintetici: BAKELITE (1903)
Fenol-formaldeidi
1930 Fenolo Struttura simile a quella dellurusciolo (lacche di
origine naturale)
Aldeide formica (formaldeide) Hirst: squalo in formaldeide
Resoli: Catalisi basica (bakelite) delle fenol-formaldeidi
rapporto aldeide: fenolo superiore a 1 termoindurente
Resine fenoliche Leo Hendrik Baekeland 1903 circa
Struttura reticolata
Novolacche: Catalisi acida delle fenol-formaldeidi rapporto
aldeide: fenolo inferiore a 1 termoplastico
Struttura lineare
Fibre interamente sintetiche: Nylon
1500
1797
1915 palloni frenati
1940
Fino al 1940, la seta, per le sue caratteristiche strutturali,
non veniva utilizzata solo per labbigliamento ma anche per i
paracadute e per i palloni frenati. La seta proveniva
principalmente dal Giappone per cui durante la II guerra mondiale
non f pi facilmente disponibile. Questo forz lindustria bellica a
trovare delle valide alternative alla seta. Le fibre artificiali
esistenti non possedevano caratteristiche meccaniche comparabili
con quelle della seta.
Fibre interamente sintetiche: analogie fra Nylon e seta La Du
Pont aveva messo a punto in quegli anni un polimero sintetico a
base di ammine scientificamente denominato poli-ammide e noto
commercialmente come Nylon ottenuto facendo reagire un di-acido
carbossilico con una di-ammina.+ H2O
adipic acid
1, 6 diaminohexane
ammide
condensazione
La caratteristica chimica che lo accomuna alla seta la presenza
di legami ammide (peptide), la reazione di condensazione e la
presenza di forti legami secondari. La caratteristica fisica e
morfologica che accomuna le fibre di Nylon alla seta il modo in cui
i domini cristallini si organizzano nella fibra orientata
Nylon, E=5GPa, b=0.9 GPa, b=18%
Seta E=5GPa, b=0.6 GPa, b=12%
PTFE - TEFLONIl poli-tetra-fluoro-etilene (PTFE) un fluoro
polimero vinilico sintetico, commercializzato dalla DuPont con il
nome di Teflon. La catena principale di atomi di carbonio
interamente avvolta da atomi di Fluoro (elemento altamente
elettronegativo) che impartiscono al polimero una altissima
resistenza agli agenti chimici ed al calore associati ad una
fortissima idrofobicit e bassissimo coefficiente di attrito.
1937-1940
Elettronegativit, dipoli e forze di attrazione delle molecole +
-
Simmetria e polarit
Acqua (asimmetrica polare)
anidride carbonica (simmetrica apolare)
acido acetico (polare)
Superfici e nanotecnologie
La superficie cerosa e nanorugosa della foglia del Loto
(Nelumbo) formata da un alto numero di punti di contatto
(epicuticular wax crystalls)* che spingono via lacqua dalla
superficie.
Eadie L , Ghosh T K J. R. Soc. Interface 2011;8:761-775
La super-idrofobicit pu trovare importanti applicazioni tecniche
per le superfici antiappanamento, autopulenti e a basso attrito.
*Triterpeni derivati di ursani (oleanani)
Superfici e nanotecnologie: nanorugosit
Acqua su Teflon nanorugoso: angolo di contatto da 108 a 121
Aumentando la rugosit di un materiale idrofobico aumentiamo langolo
di contatto fra la goccia dacqua e la superficie. Su di una
superficie rugosa idrofobica, le particelle di sporco vengono
facilmente inglobate dalle gocce di acqua che, riducendo la loro
superficie di contatto, rotolano via: effetto autopulente. La
stessa tecnica della super-idrofobicit utilizzata per ridurre
lattrito dei nuotatori in acqua (costume in fibra di Teflon con
superficie nanorugosa).
I polimeri termoplastici semi-cristallini tipici Polietilene
bassa densit (LDPE)
Polietilene alta densit (HDPE) ,
Polipropilene (PP),isotattico
poliammidi (PA, Nylon), Polietilentereftalato (PET), poliestere,
dacron, terital
Fra i polimeri termolastici completamente amorfi ricordiamo il
Cloruro di Polivinile (PVC),
il Polistirene (PS atattico),
il Poli-Metil-Meta-Acrilato (PMMA), Plexiglass, Perspex,
acrilico
il Policarbonato (PC), Lexan
I metalli sono elementi chimici che formano solidi che sono
opachi alle radiazioni, buoni conduttori di calore ed elettricit e,
quando lucidati, buoni riflettenti della luce. La maggior parte dei
metalli sono resistenti, duttili e malleabili e, in generale di
alta densit. I metalli sono i materiali strutturali pi utilizzati
dalla tecnologia attuale ed includono una grossa variet di leghe a
base di ferro.
Metalli
s-p: gruppi IA, IIA, IIIA, alcuni dai gruppi IVA, VA d: serie di
transizione f: terre rare
Orbitali atomici (atomo di Bohr)
Orbitali d poco sovrapposti
banda d stretta con alta densit di stati
Metalli f (terre rare) basse temperature di fusione conducibilit
< dei metalli d propriet ottiche propriet magnetiche molti
elettroni confinati sugli atomi > dei metalli s-p < dei
metalli d
Orbitali f praticamente non sovrapposti (interni,
localizzati)
Metal Properties Metallo Symbol Melting E G Poisson density
T.E.C.* Name Point Ratio rho alpha C GPa GPa g/cm^3 X10^-6 /C
Aluminum Chromium Copper Gold Iron Lead Magnesium Molybdenum Nickel
Osmium Silver Tin Titanium Tungsten Zinc*
Al 660 Cr 1875 Cu 1085 Au 1064 Fe 1538 Pb 327 Mg 650 Mo 2610 Ni
1453 Os 2700** Ag 962 Sn 232 Ti 1668 W 3410 Zn 420
71 243 124 78 210 16 44 327 193 539 81 53 106 397 92
27 117 45 28 82 5 17 116 75 210 29 19 39 153 37
0.34 0.209 0.345 0.425 0.279 0.44 0.28 0.3 0.3 0.285 0.37 0.375
0.345 0.284 0.29
2.699 7.19 8.96 19.32 7.87 11.45 1.74 7.19 8.90 22.5 10.49 7.298
4.54 19.3 7.133
23.9 6.2 16.5 14.2 11.7 29 25 4.9 13.3 4.6 19.7 23 8.5 4.3
39.7
**Osmium
T.E.C. Thermal Expansion coefficient melting temp can be + -
200
Ferro: Acciai e Ghise
La produzione annua di acciaio circa 700-800 milioni di
tonnellate. Questa produzione decrescente perch in molte
applicazioni dove richiesta un'alta resistenza all'abrasione stato
sostituito da materiali ricoperti di materiale ceramico. Non di
meno, l'acciaio sar ancora utilizzato per molte grandi strutture
cos come navi, condotte ed edifici. L'acciaio anche ampiamente
utilizzato per le automobili.
Ferro: Produzione (Ghisa)Ematite Fe2O3 Calcare, carbonato di
Calcio CaCO3
Magnetite Fe3O4 Gas dalto forno, H2, CO, CO2, N2
Carbon coke CaCO3 3CO + Fe2O3 CaO + CO2 2Fe + 3CO2
CaO+ Al2O3 + SiO2Loppa, silico-alluminati di Calcio
Riduzione degli ossidi di Ferro
2C + O2 2CO CO agente riducente
Aria preriscaldataLoppa daltoforno (cementi a presa rapida)
Ghisa grezza fusa
I prodotti della fonderiaNel fuso metallico raccolto nel
crogiuolo alla base della fornace presente il Ferro con disciolte
percentuali del 4/5%di Carbonio, del 2/3% di Silicio (Si), dell1%
di Manganese (Mn) e tracce di altri elementi indesiderati (P). Il
fuso colato e raffreddato in stampi di sabbia denominato ghisa
grezza (pig iron), materiale intermedio per la produzione delle
ghise (cast iron con tenore di Carbonio da 2.1% a 3%), del Ferro
dolce (wrought iron) a bassissimo contenuto di Carbonio (< di
04%), e degli acciai (contenuti di carbonio da 0,4% al 2.1%)
pig iron wrought iron
cast iron
steel
Riduzione del contenuto di Carbonio, Si, Mn ed altre impurezze
Affinazione della ghisa C + O2 CO2 Si + O2 SiO2 + calore Mn + O2
MnO2
Il diagramma di stato Ferro - Cementite
applicazioni " Aumento % di Carbonio
Ferro - CementiteAustenite (stabile alta temperatura) Fe3C
Cementite (fragile b < 0.2%)LAustenite () una soluzione solida
di Fe e C (max 0,80% di C), duttile e stabile ad alte temperature
(>720C) con struttura Cubica a Facce Centrate (FCC)
Ferrite (duttile b 40%)La Ferrite () una soluzione solida di Fe
e C, duttile e stabile ad basse temperature ( 0.8% di Carbonio
Austenite
Perlite in Cementite
Materiale fragile ma molto duro La cementite e la fase
bianca
Ferro: AcciaiInfluenza della velocit di raffreddamento
La forgia di Vulcano Luca Giordano
Trattamenti termici: Austenite - Perlitestabile
non stabile
metastabile
Perlite
Trattamenti termici: Austenite - Bainitestabile stabile
non stabile non stabile
metastabile metastabile
Bainite
Tenace
Trattamenti termici: Austenite - Martensitestabile
non stabile
metastabile
Martensite (metastabile)
twinning pi rigido e fragile (per la presenza del carbonio)
Trattamenti termici: Austenite - Martensite
A temperatura ambiente sarebbe stabile la struttura perlitica,
un miscuglio di Ferro alfa (Ferrite) e Cementite (Fe3C), ma il
raffreddamento rapido non permette alla massa metallica di trovare
la struttura di equilibrio a quella temperatura (due fasi). La
struttura presente quindi simile a quella austenitica (una fase) ma
nel reticolo del Ferro alfa (Cubico a corpo centrato) molto
tensionato e sovrassaturo di Carbonio: la Martensite. Nella
trasformazione da Austenite a Martensite si ha un aumento di volume
che induce lo stato di tensionamento interno fra zone diversamente
orientate.
BCC to FCC X
BCC to FCC Z
Trattamenti termici e struttura degli acciaistabile
non stabile
metastabile
Austenite
Ms - Martensite start Mf Martenite finish
Acciai e corrosioneLa corrosione il principale problema dei
metalli come l'acciaio.Una soluzione stata lo sviluppo di una gamma
di acciai inossidabili aggiungendo Cromo (contenuto di Cromo Cr
>9%), progettati per specifiche applicazioni. Il Cromo, una
volta in contatto con lossigeno, forma un sottilissimo e
trasparente strato passivante (impermeabile alossigeno) di Ossido
(Cr2O3) che protegge il metallo (lega) dai fenomeni di corrosione
(ruggine). La percentuale di Cr indicata affianco alla indicazione
di inossidabile: i.e. acciaio inox 18 (con il 18% di Cr). Si
dividono in tre principali categorie: acciai inossidabili
ferritici, dove la struttura ferritica, sono i pi comunemente
utilizzati, sono magnetici : campi di applicazione,
elettrodomestici (lavatrici ecc.), tubazioni, acciai inosidabile
austenitici, laggiunta di Nikel (Ni) promuove la trasformazione
stabile da Ferrite ad Austenite: duttili, tenaci, saldabili, non
magnetici: applicati per utensili da cucina. Lindicazione del
contenuto di Ni aggiunto a quello di Cr nella sigla, i.e. acciaio
inox 18/10 (18 Cromo, 10 Nikel). acciai inossidabili martesitici
(Martensite) dove la struttura cristallina martensitica contengono
14-15% di Cr e basso contenuto di Ni, pi duri e tenaci, non
difficili da lavorare e da saldare, meno resistenti alla corrosione
ma pi resistenti allusura: ottimali per parti di macchinari
soggetti ad usura (alberi motore, ingranaggi ecc), lame, rasoi.
AlluminioLAlluminio (Al), metallo del gruppo del Boro di numero
atomico 13 scoperto nel 1791, ha un colore bianco argentato ed una
buona resistenza alla corrosione ed ossidazione (fenomeno della
passivazione). E un elemento altamente reattivo ed lelemento
metallico maggiormente presente nella crosta terrestre (270
minerali). Isolato nel 1825 prese il nome dallallume (solfato
idrato di Al e K), sostanza gi utilizzata nellantichit per le sue
caratteristiche medicinali (astringente e antibatterico) e
tecnologiche (mordente per colorazioni). Propriet fisiche e
meccaniche Solido a TA Densit a TA Densit del liquido fuso Calore
specifico Temperatura di fusione Modulo elastico (Young) Modulo di
taglio Modulo di bulk Coefficiente di Poisson Resistivit elettrica
Conduttivit termica Espansione termica
1950 McDonnel DC 3
2.700 g cm-3 2.375 g cm-3 24.200 Jmol1K1 660C 70 GPa 26 GPa 76
GPa 0.35 28.2 nm 237 Wm1K1 23.1 mm1K1
1960 Bialetti
1970 cerchioni In lega
2011 Peter Donders Shelly chair 3D-printed sand mold
Processo Bayer: produzione allumina 1887 - Dr. Karl Joseph Bayer
mise a punto il processo per la produzione a basso costo di
Allumina da Bauxite Materie prime
Bauxite: metaidrossido d'alluminio AlO(OH) ed ortoidrossido
Al(OH)3
Soda Caustica: idrossido di Sodio Na(OH)
Prodotti e reflui
Fanghi rossi: reflui acquosi altamente basici ricchi di ossidi
di Ferro, Silice e Idrossido di Sodio
Allumina: sesquiossido di Alluminio Al2O3
Processo Bayer: produzione alluminaStep 1 - Mixing: la bauxite
viene macinata e miscelata con la soda caustica per essere
trasportate nel digestore. Step 2 - Digestione: Ad alta pressione e
temperatura, la soda caustica scioglie gli ossidi idrati di
alluminio presenti nella Bauxite formando una soluzione di
Alluminato di Sodio. Step 3 - Chiarificazione: Mentre lAlluminato
di Sodio resta in soluzione, gli ossidi di Ferro , la Silice ed
altre impurezze precipitano sul fondo della vasca, formando dei
fanghi rossi che vengono pompati allesterno e smaltiti in grosse
vasche. Step 4 - Precipitazione: La soluzione di Alluminato di
Sodio viene diluita e raffreddata. Queste condizioni, con una
opportuna agitazione, favoriscono la precipitazione di cristalli di
idrossido di Alluminio (Al(OH)3) che si depositano sul fondo della
vasca. Step 5 - Calcinazione: Lidrossido di Alluminio Al(OH)3
riscaldato a circa 1000C perde acqua e si trasforma in Sesquiossido
di Alluminio Al2O3.
Metodo di estrazione dellAlluminio puro dallAllumina Hall, U.S.
patent #400,6661886
Anodo e catodo immersi nella soluzione di criolite fusa ed
allumina
LAlluminio puro ottenuto dallAllumina attraverso un processo di
elettrolisi di bagni di criolite (Na3AlF6) ed Allumina fusa messo a
punto contemporaneamente dal chimico francese Heroult e dal chimico
americano Hall. Fino al 1886 lAlluminio era considerato raro perch
molto complesso da estrarre dai minerali.
Posa del puntale in Alluminio del Monumento a Washington -
1885
Metodo di estrazione dellAlluminio puro dallAllumina LAllumina,
che fonde ad altissime temperature ( 2320C), viene miscelata alla
criolite (Na3AlF6): la miscela ottenuta presenta una composizione
eutettica che fonde a temperature relativamente basse (900). Barre
di grafite (Carbonio) immerse nella soluzione fusa fungono da anodo
(positivo), mentre la guaina di grafite della vasca funge da catodo
(negativo). Gli ioni positivi dellAlluminio presenti nella
soluzione fusa sono attratti dal catodo e ridotti ad Alluminio
metallico (fuso a 900C) mentre gli ioni ossigeno O- vengono
attratti dallanodo, cedono gli elettroni, e diventano Ossigeno
molecolare che brucia, consumandolo, il Carbonio dellelettrodo, in
monossido di Carbonio ed anidride carbonica CO2.
Al catodo (la vasca): 2 Al+++ + 6eAllanodo: C(s) + O- 2 O- C(s)
+ O2(g)
2 Al (fuso sul fondo) CO(g) + 2eO2(g) + 4eCO2(g)
AlluminioOttenuto per riduzione elettrolitica dellossido di
alluminio (richiede una grande quantit di energia), relativamente
poco costoso, molto utilizzato per applicazioni tecniche e per beni
di consumo. Facilmente riciclabile Facilmente lavorabile (lattine,
profilati, pressofusione), Buon conduttore elettrico (utilizzato
puro nei cavi per lalta tensione)
Alluminio
L'alluminio utilizzato per moltissimi prodotti quali utensili da
cucina e barattoli per bevande. Le leghe di alluminio sono invece
utilizzate per le pareti e le strutture di velivoli. Fusioni di
leghe di alluminio e silicio sono ampiamente utilizzate per il
blocco motore di automobili ed aerei poich sono leggeri, resistenti
ed hanno una buona resistenza alla corrosione ed all'abrasione. Il
rapporto peso/resistenza delle leghe di alluminio pu essere
migliorato con l'aggiunta di Litio che il pi leggero dei
metalli.
Alluminio Basso peso specifico (2.7 g/cm3 contro 7.9 per
lacciaio). La sua resistenza si aumenta legandolo con altri metalli
(leghe o soluzioni solide) o per lavorazione meccanica (e un
materiale duttile). Elementi metallici per le leghe sono: Boro,
Titanio, Rame, Zinco, Magnesio, Silicio e Litio (leghe piu
leggere)
Alluminio - Passivazione Lossidazione superficiale
(anodizzazione) dellAlluminio produce un ossido impermeabile e
coerente (Al2O3) a differenza del Ferro il cui ossido (Fe2O3, la
ruggine) e poroso ed incoerente (quindi si stacca facilmente
esponendo il metallo non ossidato).
Ossido di alluminio (Allumina-Corindone)
Ossido di Ferro (incoerente)
TitanioIl Titanio, metallo di transizione di numero atomico 22
scoperto nel 1791, ha un colore argentato ed una altissima
resistenza alla corrosione degli acidi (solforico, cloridrico
ecc.). Le principali leghe sono con 4-6% di Alluminio (Al) e
Vanadio (V). Il Ti brucia con O2 (TiO2) a 600C e N2 (TiN) a 800C.
Propriet fisiche e meccaniche Solido a TA Densit a TA 4.506 g cm-3
Densit del liquido fuso 4.11 g cm-3 Temperatura di fusione 1668C
Calore specifico 24.200 Jmol1K1 Modulo elastico (Young) 116 GPa
Modulo di taglio 44 GPa Modulo di bulk 110 GPa Coefficiente di
Poisson 0.32 Resistivit elettrica 420 nm Conducibilit termica 21.9
Wm1K1 Espansione termica 8.6 m m-1 K-1
USA Area 51 1950 aereo in Titanio
Bilbao 1997 Guggenheim Museum
Processo di produzione del TitanioIl biossido di Titanio (il
minerale il Rutile TiO2) fatto reagire a 1000C in reattori a letto
fluido con polvere di carbon coke. La miscela trattata con Cloro
gassoso per produrre terocloruro di Titanio (TiCl4).
Successivamante, messo a contatto con Magnesio (Mg) fuso ad 800C,
viene ridotto a Titanio metallico: 2 Mg (l) +TiCl4 2MgCl2 (l) + Ti
(s).
Da questo processo si ottiene la precipitazione del Titanio in
forma solida spugnosa che viene frantumata e rifusa (1700C) per
eliminare eventuali inclusioni solide di altri ossidi. Il Titanio,
proprio per questo complesso processo, costa circa 6-10 volte pi
dellacciaio inossidabile.
Rutile (sabbia) Coke
Cloro
TiCl4
Spugna di Ti
Ti fuso e ricristallizzato
Leghe con memoria di forma (shape memory alloys): Nikel Titanio
(NITINOL) Austenite e Martensite sono strutture presenti non solo
nellacciaio ma anche in molte altre leghe La trasformazione da
Austenite a Martensite accompagnata da un aumento di volume e da
una emissione di calore (esotermica)
La trasformazione Austenite-Martensite pu essere indotta sia
meccanicamente, con lapplicazione di una deformazione, che
sottraendo calore con la diminuzione della temperatura: si tratta,
quindi, di un materiale termoelastico
Leghe con memoria di forma: inizio e fine trasformazioni
Lanalisi termocalorimetrica (DSC) evidenzia con un picco lemissione
o lassorbimento di calore. Per una lega di NiTi osserviamo
lemissione di calore (eso) durante il raffreddamento e assorbimento
di calore (endo) durante il riscaldamento. Le trasformazioni non
sono n isoterme n istantanee ma richiedono un lasso di tempo e di
temperature per avvenire. E possibile, quindi, individuare delle
temperature di inizio e fine. MS: Martensite Start -3C Mf:
Martensite Finish -29C AS: Austenite Start 7C Af: Austenite Finish
33C
Ci sono diverse strade per formare la martensite, ma solo una
per ritornare alla struttura austenitica. Nel modello grafico, si
hanno due differenti variet di martensite, rappresentata con dei
rombi, alle quali posso arrivare dalla austenite applicando sforzi
di taglio diversi. Volendo tornare allaustenite per, rappresentata
dai quadrati, posso seguire una sola strada. Questo semplice
concetto geometrico sta alla base delleffetto memoria di forma
(SME).
Trattamenti termici e condizioni termomeccaniche I materiali
NiTi vengono sottoposti a lavorazioni a caldo (forgiatura,
laminazione a caldo, ecc.) seguite da una serie di trattamenti a
freddo e, successivamente, ancora a caldo (ciclo termico) variabili
a seconda degli scopi che si vogliono perseguire: miglioramento
della deformabilit della fase martensitica, maggior resistenza
della fase austenitica, grado di superelasticit, conferimento e
recupero di una forma (parziale o totale), meccanismo di memoria di
forma a due vie, propriet delle superfici.
Le lavorazioni a caldo previste si eseguono a T tra 450C e 600 C
in atmosfera normale, per terminare col trattamento termico finale.
In base al trattamento subto, possiamo classificare i seguenti
materiali SME: -Lavorati a freddo (stiratura o laminazione): ovvero
materiali che non hanno subto il trattamento termico finale, del
quale si occuperanno gli acquirenti. Notiamo che in tali condizioni
la lega non presenta n superelasticit n SME. -"Straight Annealed":
il termine indica quei materiali trattati in modo da ottimizarne le
propriet, che hanno quindi subito il trattamento completo, e che
presentino conformazione filiforme. -"Flat Annealed": come i
precedenti, ma di forma laminare. -"A forma predefinita": il
materiale stato costretto e trattato termicamente all'interno di
uno stampo per conferirgli una configurazione permanente. -"Altre
condizioni termomeccaniche": possono includere pretensionamento,
ulteriori trattamenti a caldo (T maggiore di 600 C) e
sottovuoto.
Vetri metallici (amorfi) Lega metallica fusa Vetro metallico
Raffreddamento ultrarapido (-106 K/s) Leghe con molti componenti
Velocita di raffreddamento Concentrazioni quasi eutettiche
Competizione con la fomazione di cristalli
AuSi (19% Si ca.), Pd80Si20, Pd78Si16Cu6, Ni36Fe32Cr14P12B6
Propriet
Buona conduzione del suono (fononi a alta lunghezza donda)
materiale praticamente Bassa conducibilit elettrica e omogeneo
termica Elevata durezza e duttilit Resistenza alla corrosione
CeramiciIl termine ceramica deriva dal greco keramos (vasellame)
che, a sua volta, deriva dal sanscrito ed indica oggetti bruciati
Anatolia neolitio 6000 AC
Egitto neolitico 3400 AC
Cina neolitico 2550 AC
CeramiciMateriali ottenuti dalla cottura di miscele di Argilla,
Sabbie silicee e Feldspati (Silico alluminati di Sodio, Potassio,
Calcio).Argilla Feldspati
Sabbia silicea
Materiale plastico
Per cottura assume le caratteristiche di un soldo
Argille (fillosilicati)Contengono: Silicio e Alluminio come
Idrossisilicato di Alluminio (caolino Al2Si2O5(OH)4) Composti del
Potassio (metalli alcalini), Ossidi di Ferro Composti del Magnesio
e Calcio (metalli alcalino terrosi)Plasticit dellargilla
Al2(OH)4
Si2O5
Paragone fra ceramici e metalliMetals Ceramics
Tipi di materiali ceramici Ceramiche e porcellane Refrattari
Vetri Abbrasivi Cementi
Ceramiche e porcellane Vasellame Mattonelle Sanitari Porcellane
elettriche
Refrattari Utilizzati per dare una protezione termica ad altri
materiali in applicazioni ad alte temperature come nella produzione
della ghisa/acciaio (Tm=1500C), lavorazioni di fonderia, forni ecc.
Generalmente composti di Allumina (Tm=2050C) e Silice con altri
ossidi: MgO (Tm=2850C), Fe2O3, TiO2, ecc. (porosit del 10%)
Refrattari speciali con BeO, ZrO2, Mullite (un silicoalluminato),
SiC, e grate per refrattari a bassa porosit.
RefrattariMattoni refrattari per fornaci e forni. Sono
caratterizzati da un alto contenuto di Silice (SiO2), Allumina
(Al2O3) o Ossido di Magnesio MgO.Mattoni refrattari silicei: La
Silice presente come Tridimite* e non come Quarzo Convertitore
Bessemer: esterno acciaio interno in refrattario siliceo
Volta riflettente del forno e pavimento in refrattario
Tridimite: forma allotropica della Silice cristallina stabile ad
alte temperture. Il Quarzo stabile a basse temperature
Ceramici amorfi - vetri Principale ingrediente Silice (SiO2
Cristallina) Quando si raffredda la Silice fusa, non si ottiene una
struttura cristallina ma una struttura meno ordinata e compatta (il
vetro). Molti altri ossidi possono formare strutture vetrose con la
silice. Sono indicati come formatori di reticolo. La lavorabilit e
le propriet del vetro vengono modificate con ossidi dei metalli
alcanini e terrosi. I vetri che utilizziamo sono delle miscele di
questi ossidi: - Formatori di reticolo, principalmente Ossido di
Boro B2O3 e Silice SiO2) - Intermedi (sia formatori di reticolo che
modificatori di propriet), Allumina Al2O3, Biossido di Titanio
TiO2, Ossido di Berillio BeO - Modificatori, Ossido di Sodio Na2O,
Ossido Calcio CaO, Ossido di Piombo PbO, Ossido di Magnesio MgO
Vetro (tectosilicato)
Modificatori Ossido di Sodio Na2O, Ossido Calcio CaO,Ossido di
Piombo PbO, Ossido di Magnesio MgO
Tipi di VetroTre principali tipologie: Sodico calcico - 95% dei
vetri, contengono Ossidi di Calcio e Sodio (CaO, Na2O) Vetri al
Piombo contengono ossido di Piombo per aumentare lindice di
rifrazione (vetri ottici e cristalli) Borosilicate contengono
Ossido di Boro (Pyrex e vetri ottici crown). Anche se della stessa
tipologia, le composizioni dei vetri variano molto in funzione
dellapplicazione (bottiglie, vetrate, bicchieri, contenitori
ecc)
Viscosit del vetro
Rilassamento delle tensioni
Zona di lavorazione
Nella zona di lavorazione il fuso e sufficientemente soffice per
essere deformato plasticamente. Nella zona di annealing il
materiale vetroso (solido) ma mantiene la caratteristica di un
liquido di rilassare le tensioni.
Plasticit e fragilit del vetro
Alta temperatura - plastico
Bassa temperatura - fragile
Transizione vetrosaVetro
Transizione vetrosa
FusoFusione
Cristallo
Comportamento fragile-duttile
Fragile: la frattura si propaga velocemente Lo stress alla punta
del crack non si riduce
Duttile: la frattura si propaga lentamente Lo stress alla punta
del crack si riduce per effetto della deformazione plastica
Comportamento fragile-duttile
Non si frattura facilmente
Si frattura facilmente
Non si frattura facilmentePlastico - non si frattura
facilamnete
Meccanica della frattura: Fragile vs DuttileVetro - superficie
di frattura fragile: la frattura si innesca in un punto (presenza
di un difetto) e rapidamente si propaga in tutto il materiale. Le
superfici sono a specchio e lenergia per la creazione di nuove
superfici minima (bassa tenacit)
Metallo - superficie di frattura duttile: lavanzamento della
frattura associato ad una deformazione plastica del materiale. Le
superfici sono increspate e lenergia per la creazione di nuove
superfici alta (alta tenacit)
Meccanica della frattura: distribuzione statistica delle
fratture in materiali fragiliDistribuzione cumulativa degli
eventi
tempo
Meccanica della fratturaLa distribuzione di Weibull la funzione
di distribuzione delle probabilit di tempo di vita pi utilizzata in
ingegneria per descrivere laffidabilit di manufatti e sistemi.
Distribuzione statistica
Distribuzione cumulativa
Il fattore di forma k il Modulo di Weibull Il modulo di Weibull
una misura della distribuzione dei difetti superficiali dei
materiali ceramici.
Meccanica della fratturaLa resistenza a rottura di un materiale
ceramico non un singolo valore ma una distribuzione di valori
legati alla difettosit superficiale. Immagini al SEM della
superficie di un vetro come ricevuta e pulita alla fiamma
Resistenza media a frattura Deviazione standard (MPa) (MPa) As
received Abraded Flame polished 119 72 132 25 12 17
Comportamento a compressione e trazione del vetroTrazione
Ceramico-vetro fragile
Compressione
Ceramico-vetro fragile Sistema di crack-stop nei materiali
fragili Il crack si ferma sulle particelle plastiche
Tempered GlassSmall Scratches The strength of glass can be
enhanced by inducing compressive residual stresses at the surface.
The surface stays in compression - closing small scratches and
cracks.
Tempra del vetro: comportamento viscoelastico
Raffreddamento in due stadi: il primo a circa 400C con
vetrificazione delle superfici e rilassamento delle tensioni il
secondo a T ambiente con la compressione dello strato esterno
vetroso dovuta al ritiro del cuore della lastra
Le fratture si innescano in tutto il materiale a partire dal
centro della lastra.
Glasses Flat glass (windows) Container glass (bottles) Pressed
and blown glass (dinnerware) Glass fibres (home insulation)
Advanced/specialty glass (optical fibres)
Glass Containers
Pressed Glass ProcessingSoftened Gob
Blow MoldingSoftened glass
Glass in Buildings
Vetri per finestre vetri piani con lavorazione manualeDal 1200
fino al 1800 i vetri per finestre erano lavorati per soffiaggio e
centrifugazione (crown)
1800-1920 Lavorazione per soffiaggio a cilindro e spianatura in
forni
Plate Glass Drawing ProcessesQuesto processo (molto utilizzato
in passato) produce vetri dove sono visibili le striature e
disuniformit del processo di stiratura 1920
Floating glass ProcessesIl vetro floating presenta spessore
costante, superfici molto regolari e lisce oltre ad una ottima
trasparenza (non presenta linee di flusso o striature). Il vetro
estruso galleggia su di un bagno di Stagno fuso garantendo una
ottima planarit.
1960 Vetro floating a basso contenuto di ossidi di Ferro
Recycled glass finds fewer takers in economic downturn
100% recycled glass
Vetro di composizione media di ossidi non costante e variabile
nei limiti delle formule proprietarie dei singoli diversi
produttori dei manufatti utilizzati nel processo di riciclo
(bottiglie, barattoli, bicchieri, ecc.)
Un uso alternativo del vetro riciclato. Il vetro blu contiene
Ossido di Cobalto
Recycled and Repurposed Glass Bottles
Recycled Glass Tile Countertop Surface Material
Recycled Glass Bottle Vases $24.00 - $36.00
BOTTLES MOUNT UP: Ross McPherson of Southern Aggregates, stands
near a mountain of glass bottles stockpiled near Oreti Beach.
Invercargill's recycled glass could soon be buried in huge
gravel pits in Omaui because the market value is so low.
Gold nanoparticlesDal passato le tecnologie per la
sostenibilit
The Lycurgus Cup in reflected (a) and
transmitted (b) light.
The Lycurgus Cup Late Roman, 4th century AD The glass contains
tiny amounts of colloidal gold and silver, which give it these
unusual optical properties. The range of colors shown by colloidal
gold is attributed to a phenomenon called Surface Plasmon Resonance
(SPR).The scene on the cup depicts an episode from the myth of
Lycurgus, a king of the Thracians (around 800 BC). A man of violent
temper, he attacked Dionysos and one of his maenads, Ambrosia.
Ambrosia called out to Mother Earth, who transformed her into a
vine. She then coiled herself about the king, and held him captive.
The cup shows this moment when Lycurgus is entrapped by the
branches of the vine, while Dionysos, a Pan and a satyr torment him
for his evil behaviour. It has been thought that the theme of this
myth - the triumph of Dionysos over Lycurgus - might have been
chosen to refer to a contemporary political event, the defeat of
the emperor Licinius (reigned AD 308-24) by Constantine in AD
324.
Radiazioni elettromagnetiche:natura ondulatoria della luce
Selfpropagating
The different colors ranging from bright red, purple and blue
depends on the size of the particles in the colloid, red being the
smallest and blue being the largest. The particles giving bright
red color are 2-30 nm in sizes.
Surface plasmon is the collective oscillation wave of the free
electron gas in the particle, and the oscillation frequency is size
and refractive index dependent. It so happens that the Au particles
of ~70 nm in size absorb most of the other colors (absorption peak
around 520 nm), and only red light passes through the cup,
therefore, the cup appears red. In Roman time, they knew how to
make these fine Au particles, which are tough to make to be uniform
in size. One cannot see them with naked eyes.
"Gold, when in very small particles, becomes very active under
sunlight.
The magnetic field on the surface of the gold nanoparticles can
be enhanced by up to hundred times, which breaks apart the
pollutant molecules in the air.
These works of art are also, in modern language, photocatalytic
air purifier with nanostructured gold or TiO2 catalysts
Dalla massa alla superficieNano and vacuum plating
technologies
I colori strutturaliNano and vacuum plating technologies
I colori strutturali non dipendono dai pigmenti ma da effetti di
interferenza e diffrazione della luce
Interference CondictionIndice di rifrazione della luce - n
If we consider normal incidence, phase difference between first
reflection and second reflection is:
Maximum condition is: Minimum condition is:
Two kinds of intererference are possible: Constructive
interference Destructive interference
Interference
Using Interference The previous case is for a monochromatic
wave. If the structure is illuminated by a white light, waves that
agree with maximum condiction are reflected and waves that agree
with minimum condiction are suppressed. Depending on the thickness
of thin film is possible to obtain different chromatic effect.
Micro e nanostruttura delle piume con colorazione
strutturale
Nature inspired structural colors by Ion Plating Plasma Assisted
with Reactive Magnetron Sputtering
Our IPPA RMS system
Ti-TiO2 Structures Single layer structure
Double layers structure
Work in progress Resonant cavity to improve reflectivity and to
avoid finger-print effects
Spessori nanometrici multistratificati su superfici micro e
nano-incise
Conduttori, semiconduttori ed isolanti: Struttura elettronica e
conduzione elettrica
Nel Rame, Cu ci sono 29 elettroni nei livelli K (2), L (8), M
(18), N (1). In ogni livello saranno presenti gli orbitali s, p, d,
ecc.(Ls e Lp, Ms, Mp, Md ..)
In ogni livello, lelettrone pu avere diverse energie allinterno
di un banda di valori che distingue il livello. Lelettrone non pu
assumere particolari valori di energia (forbidden band). La banda
di conduzione il livello energetico vuoto oltre lultima banda
proibita. Nei conduttori non esiste un gap energetico proibito. Gli
elettroni facilmente passano dalla banda di valenza (quella
coinvolta nei legami fra atomi) a quella di conduzione. Gli
elettroni con energia sufficiente (> Fermi level) sono
disponibili per la conduzione elettrica.
Questa una speciale categoria di materiali principalmente
inorganici e non metallici (ceramici). Essi sono isolanti nei quali
il gap energetico fra lo stato degli elettroni di valenza e quello
necessario per la conduzione elettrica molto pi piccolo di quello
riscontrato nei conduttori convenzionali (nella TP sono elementi a
cavallo fra i metalli e i non metalli) e pu essere attivato dalla
eccitazione termica o dalla introduzione di piccoli livelli di
particolari impurezze.3e 4e 5e
n-type
p-type
In una cella Fotovoltaica (PV), i fotoni sono assorbiti nello
strato p-type liberando elettroni: lo strato p-type deve avere
composizione tale per cui il numero di elettroni formati possano
uscire dalla cella senza ricombinarsi con i buchi. Gli strati p
sono infatti strutturati in modo tale da rilasciare gli elettroni
quanto pi vicino possibile alla giunzione con lo strato n-type.
Chiudendo in circuito, gli elettroni si spostano liberamente nello
strato conduttivo (n-type) generando la corrente elettrica.
Polimeri Intrinsecamente isolanti (legami covalenti)
Polimeri coniugati Conduttivi (elettroni delocalizzati
Fotovoltaico a Film sottile su supporto flessibileLa nuova
generazione di celle solari fotovoltaiche utilizza film sottili di
Deselenide di Rame, Indio e Gallio (Copper Indium Gallium
deselenide - CIGS) nella forma di inchiostri di nanoparticelle. Una
nanoparticella una particella con almeno una dimensione pi piccola
di 100 nanometri (1/1,000,000,000 m). Esistendo nella forma di
nanoparticelle (blocchi di materia), i quattro elementi si
auto-combinano in una struttura uniforme con un rapporto atomico
corretto
Il film sottile di CIGS films deposto su di un substrato che
stato metallizzato con Molibdeno con la funzione di contatto per la
raccolta della corrente elettrica. Un sottile strato di solfato di
Cadmio (Cadmium Sulfide CdS) viene depositato sullo strato
assorbente formando una giunzione fra il semiconduttore p-type
(CIGS) e quello n-type (CdS) . Un materiale trasparente conduttivo
del tipo Ossido di Zinco dopato (ZnO), forma il contatto superiore
del sistema fotovoltaico.
Film ceramici conduttivi - ITO Ossido di Indio dopato con Stagno
(ITO, Indium tin oxide) una soluzione solida di Sesquiossido di
Indio (valenza 3 - In2O3) e Ossido si Stagno (valenza 4 - SnO2)
tipicamente al 10% in peso di SnO2 (Densit 7.14 g/cm3, Temperatura
di fusione ~1900C). In spessori sottili (< mm) trasparente
(leggermete grigio-giallognolo a spessori maggiori) mentre
riflettente come uno specchio metallico nello spettro infrarosso.
Per le sue ottime caratteristiche di trasparenza e conducibilit
elettrica uno dei conduttori ceramici pi utilizzati. Viene
facilmente depositato in film sottile con le tecniche di sputtering
e plasma freddo. Applicazioni Touch panels Electrochromic,
electroluminescent and LCD displays Plasma displays Field emission
displays Heat reflective coatings Energy efficient windows Gas
sensors Photovoltaics
Oggi si stanno sviluppando materiali organici semiconduttori
Progettazione molecolo-strutturale, la sintesi e caratterizzazione
di semiconduttori organici basati su sub-unit di
ditienil-ciclo-pentadienone su di uno scheletro di politiofene
hanno fornito i primi sistemi elettronici organici. Il copolimero
formato dal donatore di elettroni tiofene alternato allaccettore
ciclopentadienone esibisce una caratteristica di semiconduttore
p-typeed una inaspettata e non diretta correlazione fra
assorbimento e fotoconducibilit.
Organic thin-film transistor structure, fabrication and
operational principles.
Y He et al. Nature 000, 1-8 (2009) doi:10.1038/nature07727
