Liceo Scientifico Statale
“Giordano Bruno”
Ercole Luca, 5A
Gazzato Arianna, 4B
Piatto Massimiliano, 4A
1
SETTIMANA DELLA SCIENZA DEI
MATERIALI: LITOGRAFIA
2
Prima parte:
preparazione della Litografia
3
• Le tecniche litografiche sono un insieme di processi
utilizzati nel campo della ricerca e dell’industria. La
litografia consiste nel far crescere o decrescere degli
strati metallici a seguito esposizione con luce, creando
delle tracce a geometria definite aventi scopi ben
precisi come ad esempio circuiti elettronici integrati,
cd, dvd, ecc. Ogni singolo strato viene prodotto con
diverse tecniche o attacchi chimici. Nell’esperienza è
stato utilizzato, come substrato, uno spicchio di cd in
policarbonato, sul quale sono stati creati due strati di
metallo diversi ed una geometria con tecnica
litografica.
4
Argentatura
• Materiali: 1,25 g AgNO3 al 5%, 5 g di NaOH al
10%, 24,5 ml di NH4OH al 30%, 1,8 g di
C6H12O6, soluzione 0,3 M di SnCl2 , acqua
distillata, uno spicchio di policarbonato (preso
da un CD senza lo strato metallico), bilancia,
pipette, 2 matracci da 50 e 100 ml, becher da
100, 2 capsule di Petri, pinzette, phon, carta
stagnola, alcool denaturato
5
1. Preparazione dello spicchio di
policarbonato:
• Pulire lo spicchio con l’alcool denaturato, e
ricoprirne un lato con nastro adesivo, per non
farvi avvenire alcun tipo di deposizione;
6
2. Sensibilizzazione dello spicchio:
• Prendere la soluzione di SnCl2, portarne 1 ml a
100 ml nel matraccio, in modo da cambiarne
la molarità a 0,003 M, per poi versarla in una
capsula di Petri. Immergervi quindi lo spicchio
per 30-45 minuti;
• Venendo assorbito sulla superficie del
polimero, il cloruro stannoso fungerà da
agente riducente;
7
3. Preparazione del reattivo di
Tollens:
• Pesare 1,25 g di AgNO3 al 5%, versarli in un matraccio e
portarli a 25 ml con acqua distillata (il preparato è
fotosensibile, e va dunque coperto con la stagnola). Quindi
pesare 5 g di NaOH al 10%, versarli in un matraccio e
portarli a 50 ml con acqua distillata, poi prelevarne 12,5 ml.
Versare in un cilindro graduato 24,5 ml di NH4 al 30%,
versarli in un matraccio e portarli a 50 ml con acqua
distillata. Prelevare 12,5 ml. Pesare 1,8 g di C6H12O6 ,
versarli in un matraccio e portarli a 100 ml con acqua
distillata, prelevarne 75 ml;
• Questa fase viene eseguita mentre si aspetta che il cloruro
stannoso venga assorbito dallo spicchio, in modo da avere il
materiale pronto per le reazioni che verranno provocate
successivamente;
8
4. Deposizione dell’argento:
• Prendere lo spicchio dalla soluzione di stagno e risciacquare più
volte con acqua distillata, versare in una capsula di Petri AgNO3 e
NaOH, aggiungere quindi goccia a goccia NH4OH, fino a quando il
precipitato comincia a sciogliersi (non inalare). Lasciare lo spicchio
per 10 minuti in questa soluzione, poi aggiungere la soluzione di
glucosio, senza versarla direttamente sulla superficie dello spicchio.
Prelevare lo spicchio, e lasciarlo asciugare;
• Agendo come descritto, si fanno avvenire delle varie reazioni che
permettono una metallizzazione dello strato di plastica. Nitrato di
argento e idrossido di sodio producono un precipitato insolubile di
idrossido di argento, che diviene poi ossido di argento. Aggiungendo
l’idrossido di ammonio, l’ossido diviene solubile, e reagisce quindi
con lo stagno presente sullo spicchio (fase 1), producendo argento
metallico che si deposita sullo spicchio stesso. Il glucosio serve per
agevolare e completare il processo, contribuendo anch’esso alla
produzione di argento metallico.
9
10
Ramatura
• Materiali: soluzione di rame 25 g di CuSO4 *
5H2O, 4,5 g di H2SO4, un becher, una pila da
4,5 V, cavetti con coccodrilli, acqua distillata
11
Ramatura
• Prendere la soluzione di CuSO4 e H2SO4 ed inserirla in un
becher, prendere una pila da 4,5 V e collegare il polo
positivo con la piastrina di rame e il polo negativo con lo
spicchio argentato. Immergerli quindi nella soluzione,
evitando il contatto fra loro, finché non si osserverà rame
metallico depositarsi sullo spicchio, quindi toglierlo,
risciacquarlo e lasciare che si asciughi;
• A differenza dell’argento, che abbiamo fatto depositare
sullo spicchio tramite svariate reazioni, per ricoprirlo di
rame sfruttiamo l’elettroconducibilità dell’argento, facendo
funzionare “al contrario” una pila Daniell; fornendo
elettricità al sistema sopra descritto, forziamo infatti una
reazione di ossidoriduzione che produce rame metallico, che
si deposita sull’argento.
12
Litografia
• Materiali: 0,7 g di NaOH su 100 ml, acqua
distillata, photoresist, due vetrini, lampada
UV, capsule Petri, matraccio, maschere
prestampate;
• Avevamo inoltre a disposizione una basetta
già ramata;
13
Litografia
• Spruzzare sullo spicchio ramato uno strato uniforme di photoresist e
asciugare con il phon. Prendere lo spicchio e metterlo nella camera UV,
facendo aderire la maschera prestampata (con la parte disegnata non a
contatto col policarbonato), aggiungervi sopra il vetrino che funge da
contrappeso. Accendere gli ultravioletti e lasciare esposto per 20 minuti;
• Oltre allo spicchio, abbiamo esposto ai raggi UV anche la basetta già
predisposta, con un’altra maschera sopra e un vetrino;
• Esponendo lo spicchio parzialmente coperto ai raggi UV, questi
sensibilizzano le parti esposte di photoresist, mentre non colpiscono le parti
sottostanti alla maschera. Il photoresist colpito dai raggi UV forma dunque
il negativo dell’immagine.
14
Sviluppo
• Immergere lo spicchio nella soluzione di
NaOH, finchè il photoresist non si scioglie
completamente
• L’idrossido di sodio serve a eliminare il
photoresist che non è stato esposto ai raggi
UV, solubilizzandolo.
15
• Come notiamo dalla foto, la piastrina già pronta è stata esposta
ai raggi UV, e successivamente il bagno di idrossido di sodio ha
eliminato il photoresist non impressionato, lasciando
l’immagine che avevamo scelto.
16
Seconda parte:
visita al laboratorio
di Scienze dei Materiali
dell'Università di Venezia
17
Per prima cosa, ci è stato mostrato il
microscopio elettronico e ci è stato
spiegato il suo funzionamento: il
cilindro verticale produce un fascio di
elettroni, che scansiona l’intero
campione con un meccanismo simile a
quello di un tubo catodico, fornendoci
però, non un’immagine visiva, bensì
una serie di dati, come ad esempio la
direzione che prendono gli elettroni
dopo l’urto: essa viene poi elaborata
dal computer che ci restituisce un
modello, tenendo conto anche dei
rilievi e delle imperfezioni sul
campione
18
Per aprire la camera di alloggiamento del
preparato da analizzare, si deve eliminare il
vuoto che si crea alla chiusura di tale camera,
premendo un bottone posto vicino alla
postazione del microscopio...
19
20
... poi si deve incollare
l'oggetto o il preparato
da osservare sopra ad
una piccola postazione
e posarla sul piatto del
microscopio elettronico.
21
Il microscopio era collegato ad un computer. Agendo su una
manopola posta sul microfono si poteva mettere a fuoco
avvicinando o allontanando il piatto con l'oggetto in osservazione,
che si poteva anche muovere orizzontalmente o verticalmente, per
coprire più parti del campione.
22
Inoltre, si poteva agire anche attraverso il computer,
per effettuare regolazioni più precise, attraverso
spostamenti molto più piccoli di quelli effettuabili
con le manopole
23
Ecco alcune delle foto che abbiamo potuto
scattare con il pc: dalle diverse colorazioni
delle zone, e dall’elaborazione di un
programma apposito possiamo capire, oltre
alla “geografia” del campione, anche quali
materiali sono presenti in quel determinato
punto
24
25
26
27
28
Poi il programma di analisi presente nel pc
permetteva di analizzare uno spettro del
preparato: ovvero l’esatta percentuale diogni
materiale presente nella zona visualizzata.
Nei grafici seguenti si vedono le righe di
emissione che corrispondono a determinati
elementi, identificabili attraverso il
programma stesso
29
30
Conclusioni
• Dai grafici emerge che la ramatura non ha funzionato, forse
perché la soluzione usata era troppo poco densa. La
presenza di carbonio è dovuta al polimero, la presenza di
argento indica invece che l’argentatura ha avuto successo.
Abbiamo poi scoperto che i malfunzionamenti nella visione
delle immagini (si notano soprattutto nella terza) sono
dovuti al fatto che lo strato di scotch da noi aggiunto per
argentare solamente un lato dello spicchio, funge
parzialmente da isolante, e dunque impedisce a molti
elettroni di percorrere il campione e scaricarsi sulla
piastrina che lo sostiene.
31