Realizzato nuovo tipo di vetro


    Il vetro è un materiale con una struttura atomica disordinata e casuale, conosciuto e utilizzato per realizzare oggetti già nell’antichità per le sue caratteristiche di modellabilità alle alte temperature. Nasce infatti dalla fusione di parecchi composti come ad es.: la silice (SiO2), l’anidride borica (B2O3), l’anidride fosforica (P2O5), l’anidride arseniosa (As2O3) e alcuni loro sali. Il vetro ha una struttura disorganizzata, come quella di un liquido che è stato sottoposto a congelamento tuttavia, per un caso fortuito, alcuni scienziati hanno creato un vetro che possiede un reticolo molecolare ordinato.

     

    Immagine - I ricercatori dell'Università di Chicago hanno realizzato un tipo di vetro che ha una struttura molecolare organizzata. Il vetro è sempre stato considerato completamente amorfo e privo di una struttura cristallina organizzata. Copyright Wokandapix.

    Una insolita scoperta

    Durante gli esperimenti sui semiconduttori organici gli scienziati dell’Università di Chicago hanno scoperto che il vetro realizzato in laboratorio è diverso dal solito. Inizialmente il prof. Juan de Pablo e i suoi collaboratori avevano pensato che i calcoli degli strumenti fossero errati. Il primo indizio riguardo alla diversità del vetro creato dagli scienziati proveniva da alcuni picchi coerenti nei loro dati spettroscopici. I ricercatori hanno misurato l'entità della variazione nell'orientamento di un fascio di luce laser determinata dal vetro polarizzato.

    L’interazione del fascio laser con il vetro dovrebbe produrre un grafico informe, dove cioè tutti i risultati visualizzati sono casuali. Invece tale grafico mostrava picchi regolari. Questo dettaglio potrebbe a prima vista sembrare irrilevante, ma è un indicatore affidabile di una disposizione periodica delle molecole. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista PNAS proceedings of the National Academy of Sciences.

    «Questa è una grande sorpresa» ha commentato il prof. de Pablo dell'Istituto di Ingegneria molecolare dell'Università di Chicago. «Abbiamo sempre pensato che la casualità fosse la caratteristica principale per definire il vetro. I risultati dei nostri esperimenti mostrano che è possibile creare del vetro con un'organizzazione molecolare ben definita. Adesso che abbiamo capito l'origine di tali effetti, possiamo provare a manipolare l'organizzazione molecolare del vetro.»

    Una tecnica particolare per produrre il vetro

    Il segreto di questo ordine molecolare sembra essere dato dal modo in cui questo vetro speciale è stato creato. Anziché fondere il vetro per poi solidificarlo i ricercatori hanno utilizzato una tecnica differente. La tecnica consiste nel sovrapporre delicatamente uno dopo l’altro degli strati di vetro solido intervallati da uno strato ottenuto depositando un vapore di molecole organiche, il tutto in un ambiente sotto vuoto.

    Nei liquidi (il vetro è un tipo di liquido), le molecole che si trovano in superficie interagiscono con le molecole dell'aria, questo a volte spinge le molecole le une contro le altre compattandole; si crea così un allineamento diverso dalla disposizione casuale che le molecole assumono nella massa sottostante del liquido. Il processo di deposizione del vapore utilizzato negli esperimenti permette di creare una "superficie" supplementare in cima ad ogni strato. Le molecole presenti in ogni strato finiscono per essere "intrappolate" nell'orientamento che avevano quando si trovavano, anche se per un breve istante, sulla superficie originaria.

    Il processo è altamente dipendente dalla temperatura. La temperatura deve essere all'interno della ristretta gamma che permette al vapore liquido di solidificare. L'ordine può essere regolato modificando la temperatura durante la fase di deposizione degli strati e una volta terminato tale processo, il vetro sarà in grado di mantenere l’ordine molecolare anche durante i cambi della temperatura.

    «Il vetro è uno dei materiali meno conosciuti, possiede la struttura disordinata tipica di un liquido, ma è un solido. Questo concetto ha disorientato le persone per decenni. Quindi il fatto che ora possiamo controllare l'orientamento di questo materiale disordinato è qualcosa che potrebbe avere profonde implicazioni sia teoriche sia tecnologiche. Non sappiamo ancora quali potranno gli sviluppi futuri poiché si tratta sia di un nuovo campo di ricerca sia di una classe di materiali che prima non esisteva. Quindi ci troviamo appena all'inizio.» ha commentato il prof. de Pablo.

    Conclusioni

    Nonostante in questo nuovo vetro solo un piccolo numero di molecole abbia assunto un orientamento specifico, gli effetti sono comunque significativi. Il passo successivo per de Pablo e il suo gruppo di ricercatori sarà quello di tentare di migliorare questa regolarità e testare diversi materiali.



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