Tecnologie dei materiali nanostrutturati

TECNOLOGIE DEI MATERIALI

NANOSTRUTTURATI

Appunti del corso 2015-2016

Gabriele Grezzana;Giacomo Sala;Giorgio Scalmana

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A Massimiliano, con affetto

1

Sommario

LEZIONE 0 - Presentazione corso e informazioni utili .................................................................................................................. 9

CATEGORIE DELLE NANOSTRUTTURE ................................................................................................................................................ 9

TOP-DOWN .............................................................................................................................................................................................. 9

BOTTOM-UP ............................................................................................................................................................................................. 9

LEZIONE 1 - Cicli termici e macinatura per nanograni .............................................................................................................. 10

NANOSTRUTTURE 0D ............................................................................................................................................................................. 10

CICLI TERMICI RIPETUTI ................................................................................................................................................................... 10

MACINATURA ....................................................................................................................................................................................... 11

ATTREZZATURA ................................................................................................................................................................................... 12

CARATTERISTICHE DELLE BIGLIE E DIMENSIONI DELLE PARTICELLE ........................................................................ 12

FORMULE SEMI EMPIRICHE ........................................................................................................................................................... 13

GRADO CARATTERISTICO DI MACINAZIONE ................................................................................................................... 14

LEZIONE 2 - Nucleazione, accrescimento e tipi di crescita ..................................................................................................... 15

SOVRASSATURAZIONE ........................................................................................................................................................................... 15

RATE DI NUCLEAZIONE ................................................................................................................................................................... 16

SHARP NUCLEATION ........................................................................................................................................................................ 17

MECCANISMI DI ACCRESCIMENTO .................................................................................................................................................. 18

DIFFUSION LIMITED GROWTH ............................................................................................................................................... 18

 GROWTH LIMITED PROCESS ................................................................................................................................................... 18



LEZIONE 3 - Precursori, riducenti e stabilizzanti per nanoparticelle metalliche ........................................................... 20

COLLOIDI METALLICI ............................................................................................................................................................................... 20

METODO DI DISPERSIONE (dispersione di particelle più grandi) ............................................................................... 20

METODO DI RIDUZIONE (condensazione di particelle più piccole) ........................................................................... 20

PRECURSORI METALLICI: ........................................................................................................................................................... 21

 RIDUCENTI: ...................................................................................................................................................................................... 21



INFLUENZA DELLA SPECIE RIDUCENTE .................................................................................................................................... 22

STABILIZZANTI: .............................................................................................................................................................................. 23



ORO COLLOIDALE .............................................................................................................................................................................. 24

LEZIONE 4 - Esempi di reazione per alcune nanoparticelle metalliche............................................................................. 26

MECCANISMI DI CRESCITA ................................................................................................................................................................... 26

ARGENTO COLLOIDALE ................................................................................................................................................................... 26

PALLADIO E PLATINO COLLOIDALI ............................................................................................................................................ 27

RODIO COLLOIDALE .......................................................................................................................................................................... 27

PARTICELLE BIMETALLICHE ............................................................................................................................................................ 29

2

Cluster

LEZIONE 5 - metallici ................................................................................................................................................................. 31

CLUSTER DI PALLADIO ..................................................................................................................................................................... 31

CLUSTER DI PLATINO ........................................................................................................................................................................ 32

CLUSTER M L Cl .............................................................................................................................................................................. 33

55 12 x

SEMICONDUTTORI NON OSSIDI ....................................................................................................................................................... 33

SINTESI DI CdE ..................................................................................................................................................................................... 33

SINTESI DI InP ....................................................................................................................................................................................... 35

SINTESI DI GaP ..................................................................................................................................................................................... 35

NANOPARTICELLE DI OSSIDI ............................................................................................................................................................... 35

SINTESI DI SiO .................................................................................................................................................................................... 36

2

LEZIONE 6 - Ossidi multicomponente .............................................................................................................................................. 37

REATTIVITÀ ............................................................................................................................................................................................ 37

MULTICOMPONENTE CON Si E Ti .............................................................................................................................................. 38

CONTROLLO DIMENSIONALE DELLE NANOPARTICELLE DI OSSIDI................................................................................. 39

METODI PER NANOPARTICELLE MONODISPERSE ............................................................................................................. 39

NANOPARTICELLE DA FASE VAPORE .............................................................................................................................................. 39

NANOPARTICELLE IN MATRICI SOLIDE .......................................................................................................................................... 40

NANOPARTICELLE METALLICHE IN MATRICI POLIMERICHE ......................................................................................... 41

LEZIONE 7 - Nucleazione eterogenea ............................................................................................................................................... 43

LEZIONE 8 - Sintesi di nanoparticelle cineticamente confinata ............................................................................................ 44

SINTESI IN AEROSOL ............................................................................................................................................................................... 44

PIROLISI SPRAY .......................................................................................................................................................................................... 45

SINTESI IN MICELLE (emulsione) ........................................................................................................................................................ 46

TIPOLOGIE DI AUTO-ASSEMBLAGGIO ..................................................................................................................................... 46

SINTESI DI CdSe ................................................................................................................................................................................... 47

TEMPLATE BASED ...................................................................................................................................................................................... 48

SINTESI AUTOTERMINATA (o vivente) ............................................................................................................................................ 48

SINTESI DI CdS ..................................................................................................................................................................................... 48

APPLICAZIONI REALI DELLE NANOPARTICELLE ......................................................................................................................... 49

LEZIONE 9 - Strutture monodimensionali ....................................................................................................................................... 50

ELECTROSPINNING .................................................................................................................................................................................. 50

PARAMETRI DEL PROCESSO .......................................................................................................................................................... 51

VISCOSITÀ E PESO MOLECOLARE .............................................................................................................................................. 52

ENTANGLEMENTS .............................................................................................................................................................................. 52

TENSIONE SUPERFICIALE ................................................................................................................................................................ 54

electrospinning

LEZIONE 10 - Parametri ......................................................................................................................................... 56

3

DIAMETRO .................................................................................................................................................................................................... 56

CONCENTRAZIONE DEL POLIMERO .......................................................................................................................................... 56

PESO MOLECOLARE POLIMERO .................................................................................................................................................. 57

CONDUCIBILITÀ ELETTRICA DEL SOLVENTE .......................................................................................................................... 57

TEMPERATURA DI EBOLLIZIONE SOLVENTE ......................................................................................................................... 58

TENSIONE APPLICATA (secondario) .......................................................................................................................................... 58

DISTANZA COLLETTORE-AGO (secondario) .......................................................................................................................... 58

FLUSSO DI ALIMENTAZIONE ......................................................................................................................................................... 58

MORFOLOGIA SUPERFICIALE: I PORI ............................................................................................................................................... 59

FIGURA DI RESPIRO ........................................................................................................................................................................... 60

SEPARAZIONE DI FASE ..................................................................................................................................................................... 60

FIBRE MULTIPOLIMERICHE ................................................................................................................................................................... 61

ELECTROSPINNING COASSIALE ................................................................................................................................................... 61

TUBES ON FIBER TEMPLATES

TUFT: ........................................................................................................................................... 62

LEZIONE 11 - Collettori, caratterizzazione e applicazione dei nanofili ............................................................................. 63

COLLETTORI ................................................................................................................................................................................................. 63

COLLETTORI STATICI ......................................................................................................................................................................... 63

COLLETTORI DINAMICI .................................................................................................................................................................... 64

ELECTROSPINNING

SVANTAGGI DELL’ ............................................................................................................................................ 64

ELECTROSPINNING

TECNICHE ALTERNATIVE DI ....................................................................................................................... 64

MULTIJET ELECTROSPINNING ...................................................................................................................................................... 64

BLOWING-ASSISTED ELECTROSPINNING ............................................................................................................................... 65

CARATTERIZZAZIONE DELLE NANOFIBRE .................................................................................................................................... 65

MICROSCOPIA ...................................................................................................................................................................................... 65

PROPRIETÀ MECCANICHE..................................................................................................................................................................... 65

TENSILE TEST ......................................................................................................................................................................................... 66

NANOINDENTATION ........................................................................................................................................................................ 66

CRISTALLINITÀ E ORIENTAZIONE DI CATENA ............................................................................................................................ 66

Differential Scanning Calorimetry

ANALISI DSC ( ) ............................................................................................................... 67

SPETTROSCOPIA VIBRAZIONALE ................................................................................................................................................ 68

MICROSCOPIA A FLUORESCENZA CONFOCALE ................................................................................................................. 69

ELECTROSPINNING

APPLICAZIONI NANOFILI DA .................................................................................................................... 69

FILTRI ........................................................................................................................................................................................................ 69

FILTRI A COALESCENZA ................................................................................................................................................................... 71

RINFORZO IN COMPOSITI POLIMERICI ................................................................................................................................... 72

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