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 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
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
Silice
•
•
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
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. 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 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
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