Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B

1. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Settimana della Scienza dei Materiali seconda edizione 2008/2009

2. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) 3 Novembre Presso i laboratori del Liceo G.Bruno, Mestre 5 Novembre Presso l’università Cà Foscari, sede della facoltà di scienze dei materiali, Mestre “settimana della scienza dei materiali”

3. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Introduzione Sintesi delle nanofibre Preparazione ed osservazione del campione al SEM Approfondimenti “settimana della scienza dei materiali”

4. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Nanotecnologie Dal punto di vista concettuale questo termine rimanda ad un nuovo tipo di tecnologia, come in passato ad esempio la microelettronica si è sviluppata come settore diversificato dell’elettronica classica. I problemi affrontati consistono in una sfida nel campo della miniaturizzazione e integrazione in aree sempre più piccole. “settimana della scienza dei materiali”

5. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Nanotecnologie Un reale cambio di sistema concettuale: superare i limiti della fisica classica per entrare nel mondo della meccanica quantistica studiando caratteristiche dimensionali paragonabili a quelle atomiche “settimana della scienza dei materiali”

6. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Parametri dimensionali Contrariamente all’etimologia greca, in campo scientifico e tecnologico il prefisso nano indica un sottomultiplo dell’unità pari a 10-9, ossia un miliardesimo di unità. Parlando di dimensioni un nanometro (1 nm) equivale quindi ad un miliardesimo di metro. “settimana della scienza dei materiali”

7. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Nanoscienza e Nanotecnolgia Si instaura un circolo virtuoso tra il lavoro e la progettazione, volti a creare i presupposti applicativi ed i metodi di indagine e studio dei comportamenti dei materiali a livelli sempre più profondi “settimana della scienza dei materiali”

8. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Breve storia delle nanotecnologie Un sorprendente esempio di sintesi dei materiali nanostrutturali ci è fornito dalle conchiglie: i gusci iridescenti che vengono costruiti da alcuni molluschi (come l’abalone) sono fatti di nano blocchi di carbonato di calcio a formare un materiale nanostrutturato con grande resistenza alla frattura. ABALONE “settimana della scienza dei materiali”

9. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Un altro notevolissimo esempio è rappresentato dal Vaso di Licurgo, manufatto del IV secolo d.C. esso presenta colore verde se visto in riflessione e rosso se illuminato in trasmissione Vaso di Licurgo, particolare “settimana della scienza dei materiali”

10. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) La spiegazione del fenomeno è legata alla presenza di particelle sferiche (nanocluster) di argento ed oro con una banda di assorbimento del visibile in grado di cambiare colore del materiale Vaso di Licurgo, particolare “settimana della scienza dei materiali”

11. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Un altro formidabile esempio di “nanotecnologia” si può trovare nelle decorazioni a lustro delle ceramiche rinascimentali “settimana della scienza dei materiali”

12. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) La preparazione delle tinture si otteneva deponendo ossidi e sali di argento e rame in soluzione con aceto, riscaldando a 600°C in forno con fascine di ginestra. Si creava un’atmosfera riducente per la preparazione dei nanoaggregati metallici “settimana della scienza dei materiali”

13. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Una fondamentale applicazione è stata la fotografia dove un’emulsione gelatinosa di bromuro d’argento veniva impressionata separando l’argento tramite precipitazione come particelle micrometriche “settimana della scienza dei materiali”

14. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Le Pietre miliari dell’era nanotecnologica sono: Relazione “There is a plenty of room at the Bottom” di R.Feyrman, 1960. Formazione di silicio poroso, 1956. Ferrofluidi, anni ’60. Quantum wells, anna ’70. Microscopie a stilo e tecniche litografiche, anni ’80. Nanotransistor IBM da 8 nm, 2003. “settimana della scienza dei materiali”

15. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Esperienza di laboratorio - prima giornata 3-11-2008 - Laboratorio di chimica del liceo G.Bruno di Mestre coordinato dalla professoressa Rita Billio “settimana della scienza dei materiali”

16. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Sintesi di nanofibre di Nichel Scopo: intrappolare delle microfibre di Nichel in una membrana microporosa di policarbonato con pori di diametro di 100 nanometri Durata: 2 ore circa Punti dell'esperienza Metallizzare una faccia della membrana in modo da renderla conduttiva Elettrodeposizione del nichel sulla membrana “settimana della scienza dei materiali”

17. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Strumenti e materiali 3 cilindri graduati 2 beute 2 vetrini da orologio 1 imbuto parafilm 2 cristallizzatori carta stagnola 1 supporto Una scatola contenente il materiale per l’elettrodeposizione 1 spruzzetta d’acqua distillata 3 pipette 1 aspirapipette 1 molletta di legno 1 spatola 1 cotton-fioc 1 capsula Petri 1 bilancia “settimana della scienza dei materiali”

18. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Procedimento Metallizzazione di una faccia della membrana Fermare il Parafilm sul vetrino di plexiglass con lo scotch, senza creare pieghe “settimana della scienza dei materiali”

19. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Procedimento Metallizzazione di una faccia della membrana Prendere la membrana di policarbonato con le pinze e adagiarla sul vetrino con la parte lucida sotto, cercando di non formare bolle aiutandosi con un cotton-fioc Bloccare la membrana sul vetrino con dello schotch, lasciando libera la parte centrale … “settimana della scienza dei materiali”

20. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Procedimento Metallizzazione di una faccia della membrana …Preparazione della soluzione di “sensibilizzazione” -Preparare 100ml di soluzione di SnCl2. 2H2O 3milliMolare da una soluzione 0,3M -Versare questa soluzione nel cristallizzatore -Immergere la membrana fissata al vetrino per 45minuti In questo modo trattiamo la membrana per l’argentatura… “settimana della scienza dei materiali”

21. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Procedimento Metallizzazione di una faccia della membrana …Preparazione del reattivo di Tollens formato da: - AgNO3 1,25g in 25 ml - NaOH 1,25g in 12,5 ml - NH4OH 12,5 ml al 10% Preparando i vari componenti ricordiamo di coprire con della carta stagnola il nitrato d’argento perché è fotosensibile… “settimana della scienza dei materiali”

22. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Procedimento Metallizzazione di una faccia della membrana …Finiti i 45 minuti di sensibilizzazione: -risciacquare la membrana con acqua distillata -versare i componenti del reattivo di Tollens (nell’ordine descritto) nel cristallizzatore… (Questo procedimento viene fatto vicino ad una finestra aperta, data la presenza dell’ammoniaca) Inizialmente il reattivo di Tollens è una sospensione limpida Mescolando per un paio di minuti si formano dei granuli “settimana della scienza dei materiali”

23. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Procedimento Metallizzazione di una faccia della membrana -immergere la membrana nel reattivo di Tollens -dopo 10 minuti aggiungere 75mL di soluzione di glucosio precedentemente preparata sciogliendo 1,8g di glucosio in 100ml d’acqua -continuare a mescolare finchè non si forma uno specchio argentato sulle pareti del cristallizzatore “settimana della scienza dei materiali”

24. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Procedimento Metallizzazione di una faccia della membrana -togliere la membrana dal reattivo -risciacquare la membrana togliendo i residui in eccesso di argentatura -rimuovere la membrana dal vetrino di plexiglass In questo modo avremo la membrana con una sola parte argentata “settimana della scienza dei materiali”

25. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Procedimento Elettrodeposizione del nichel sulla membrana Preparazione della cella elettrochimica -una spirale di Nichel funge da anodo (+) -una lamina di ottone funge da catodo (-) La costruzione della cella elettrochimica viene fatta usando il supporto e isolando il tutto con un pezzo di legno “settimana della scienza dei materiali”

26. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Procedimento Elettrodeposizione del nichel sulla membrana -appoggiare la membrana all’interno del tubo di plastica con la faccia argentata rivolta verso il basso -riempire il tubo con una soluzione di nichel -immergere la spirale nella soluzione senza che tocchi le pareti o la membrana -testare con l’ausilio di un tester la giusta funzionalità della pila -collegare la batteria da 1,5 volt ai cavi “settimana della scienza dei materiali”

27. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Procedimento Elettrodeposizione del nichel sulla membrana L’elettrodeposizione inizia per poi procedere per 10 minuti circa Il catodo (-) fa partire un flusso di elettroni verso la lamina d’ottone, in questo modo l’ottone si carica negativamente; il Nichel, invece, essendo in soluzione è sottoforma di ioni positivi e viene attratto dall’ottone che è negativo depositandosi sulla membrana adagiata sull’ottone; nel frattempo la soluzione viene rifornita dalla spirale di Nichel perché un flusso di elettroni sale verso l’anodo per poi essere rimesso in circolo. “settimana della scienza dei materiali”

28. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Procedimento al termine del processo di elettrodeposizione: -svuotare la soluzione di nichel che verrà riciclata -riprendere con delle pinzette la membrana -risciacquare la membrana con acqua distillata -adagiare la membrana sul vetrino di plexiglass -bloccare la membrana con dello scotch -procedere con il processo di pilling su entrambi i lati -togliere lo scotch attentamente -adagiare la membrana in una capsula Petri “settimana della scienza dei materiali”

29. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) - seconda giornata 5-11-2008 - Sede dell'università di scienze dei materiali Cà Foscari, Mestre “settimana della scienza dei materiali”

30. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Strumenti e materiali -lastra di plexiglas -lametta -taglierino -pinzetta -pipetta di Pasteur -becher -ancoretta magnetica -gabbia ad ultrasuoni -filtratore con pompa per il vuoto idrica -forbice -cilindro metallico con tondino adesivo -membrana in policarbonato -diclorometano “settimana della scienza dei materiali”

31. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Laboratorio di chimica preparazione del campione per la successiva doratura -la membrana in policarbonato viene estratta dalla capsula per il trasporto, e deposta su un supporto di plexiglass -con una lama si esporta la parte di membrana in eccesso “settimana della scienza dei materiali”

32. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) preparazione del campione per la successiva doratura lavorando sotto cappa aspirante -la membrana viene poi deposta in un becher, con l’ausilio di una pinzetta -nel becher viene versato con una pipetta di Pasteur un solvente organico, Diclorometano -il solvente scioglie la membrana, laciano all’interno del becher un liquido con una colorazione marrone, contenete le nanofibre in sospensione. “settimana della scienza dei materiali”

33. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) preparazione del campione per la successiva doratura lavorando sotto cappa aspirante per raggruppare le nanofibre si utilizza un’ancoretta magnetica, aggiungendo poi diclorometano fino a sommergerla totalmente “settimana della scienza dei materiali”

34. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) preparazione del campione per la successiva doratura -per separare le nanofibre e consentire una corretta visualizzazione al SEM si bombarda il campione nella gabbia ad ultrasuoni per 5 minuti -le nanofibre si trovano ora separate in dispersione nella soluzione di diclorometano “settimana della scienza dei materiali”

35. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) preparazione del campione per la successiva doratura - si filtra il composto con un filtratore collegato ad una pompa per il vuoto idrica - le nanofibre si depositeranno così su di una nuova membrana in policarbonato precedentemente posizionata “settimana della scienza dei materiali”

36. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) preparazione del campione per la successiva doratura la membrana, che si presenta ora con un colorito grigio sulla parte centrale, viene adagiata su di una lastra di plexiglas con l’ausilio delle pinzette. “settimana della scienza dei materiali”

37. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) preparazione del campione per la successiva doratura si effettua un nuovo taglio della membrana con una lametta o taglierino isolando la parte centrale lungo una striscia larga circa 1.2 cm “settimana della scienza dei materiali”

38. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) preparazione del campione per la successiva doratura - tramite un adesivo di colore nero la striscia viene fatta aderire ad un cilindro di metallo, senza creare depositi d’aria - il cilindro fungerà da base per l’osservazione al microscopio elettronico a scansione “settimana della scienza dei materiali”

39. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) preparazione del campione per la successiva doratura con l’ausilio di una forbice eliminare la parte di membrana in eccesso, in modo tale che il tondino sia pronto per le successive fasi preparatorie “settimana della scienza dei materiali”

40. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Doratura del campione • La doratura viene effettuata nello spettoratore, strumento munito di pompa per il vuoto e barometro • All’interno viene creata un’atmosfera simile a quella di vuoto ma con pressione pari a 7x10-2 Pascal • - Si inserisce Argon, gas nobile con ottetto completo e disposizione elettronica stabile “settimana della scienza dei materiali”

41. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Doratura del campione • Si crea una differenza di potenziale mediante l’erogazione di una corrente elettrica di 18 milliampere per trenta secondi. Viene trasformata in elettrodo negativo, o catodo, una superficie d’oro posta sulla parte superiore dello strumento. • - L’Argon viene erogato vicino all’anodo, il quale attrae gli elettroni creando ioni caricati positivamente. Questi sono attratti dal catodo e “bombardano” la superficie dorata inducendo gli atomi a precipitare sul campione “settimana della scienza dei materiali”

42. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Doratura del campione - L’importanza della doratura è fondamentale per l’osservazione al SEM (scanning electron microscope) il quale si avvale di un fascio di elettroni. Questi devono essere condotti e scaricati a terra onde evitare accumuli di cariche elettrostatiche che compromettono la riflessione “settimana della scienza dei materiali”

43. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Funzionamento del SEM -La sorgente primaria del fascio è un filamento di Tungsteno -Il fascio percorre il cannone e viene direzionato mediante lenti magnetiche. Il comparto in cui è inserito il campione deve essere sottovuoto dato che la presenza d’aria provoca un’interferenza di molecole di gas “settimana della scienza dei materiali”

44. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Funzionamento del SEM - Il fascio scannerizza un campione attraverso un segnale interlacciato e la visione è possibile mediante tre tipi di analisi: “settimana della scienza dei materiali”

45. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Funzionamento del SEM Analisi morfologiche: grazie agli elettroni secondari riflessi -Analisi topografiche: grazie agli elettroni retro diffusi che si accumulano, creando aree di diversa luminosità a seconda del peso atomico degli atomi del campione -Analisi qualitative: grazie alla microsonda elettronica in dispersione di energia, costantemente raffreddata da azoto liquido a -200°C, la quale capta i raggi X e riesce a determinare il tipo di atomi presenti attraverso un grafico a spettro studiato da un software specifico “settimana della scienza dei materiali”

46. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) ingrandimento Laterale dx X R Y “settimana della scienza dei materiali”

47. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Funzionamento del SEM • X e Y per spostare verticalmente ed orizzontalmente la visuale del campione • R per ruotare il supporto e selezionare il campione • - Laterale dx per l’angolo d’incidenza del fascio • -Ingrandimento per la messa a fuoco grezza “settimana della scienza dei materiali”

48. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Magnification per effettuare lo zoom Focus per la messa a fuoco fine “settimana della scienza dei materiali”

49. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Funzionamento del SEM L’osservazione è veicolata da un software con molte funzionalità. La fondamentale è l’opzione di scan organizzata in tre livelli: 1- Individuare il campione desiderato 2- Spostarsi per la ricerca della sezione ottimale 3- Mettere a fuoco i dettagli per permettere le misurazioni “settimana della scienza dei materiali”

50. Favaro Jacopo 4^B , Gambato Marco 4^B, Toniolo Alberto 4^B Liceo scientifico “E.Majorana” – Mirano (VE) Ingrandimenti Unità di misura Intensità del fascio “settimana della scienza dei materiali”