PREPARAZIONE E CARATTERIZZAZIONE PREPARAZIONE E CARATTERIZZAZIONE PREPARAZIONE E CARATTERIZZAZIONE PREPARAZIONE E CARATTERIZZAZIONE PREPARAZIONE E CARATTERIZZAZIONE PREPARAZIONE E CARATTERIZZAZIONE PREPARAZIONE E CARATTERIZZAZIONE PREPARAZIONE E CARATTERIZZAZIONE

DEI VETRI COLORATIDEI VETRI COLORATIDEI VETRI COLORATIDEI VETRI COLORATIDEI VETRI COLORATIDEI VETRI COLORATIDEI VETRI COLORATIDEI VETRI COLORATI

Università degli studi di Milano-BicoccaDipartimento di Scienza dei Materiali

DEFINIZIONE DIDEFINIZIONE DI ““VETRO VETRO VETRO VETRO VETRO VETRO VETRO VETRO ””

LO LO STATO VETROSOSTATO VETROSO È È QUELLO DI UN QUELLO DI UN SOLIDOSOLIDO

BLOCCATO NELLA BLOCCATO NELLA SOLIDO:ORDINE A LUNGO RAGGIO

Università degli studi di Milano-BicoccaDipartimento di Scienza dei Materiali

BLOCCATO NELLA BLOCCATO NELLA STRUTTURA DISORDINATA STRUTTURA DISORDINATA DI UN DI UN LIQUIDO LIQUIDO (FASE AMORFA)(FASE AMORFA)

AMORFO:ASSENZA DI ORDINE A LUNGO RAGGIO

DEFINIZIONE DIDEFINIZIONE DI ““VETRO VETRO VETRO VETRO VETRO VETRO VETRO VETRO ””

““il vetro è uno stato della materia che mantiene l’energia, il vetro è uno stato della materia che mantiene l’energia, il volume e l’arrangiamento atomico di un liquido, ma il volume e l’arrangiamento atomico di un liquido, ma per la quale i cambiamenti di energia e volume con la per la quale i cambiamenti di energia e volume con la temperatura e pressione sono simili in grandezza a temperatura e pressione sono simili in grandezza a

quelli di un solido cristallino….”quelli di un solido cristallino….”

Università degli studi di Milano-BicoccaDipartimento di Scienza dei Materiali

quelli di un solido cristallino….”quelli di un solido cristallino….”

Nota: In questa categoria di composti sono compresi,quindi, non solo i vetri di ossidi inorganici, tipicamente abase di silice, sui quali è basata l’esperienza, ma anchepolimeri organici, resine e vetri metallici.

COMPOSIZIONE CHIMICA•• VETRIFICANTIVETRIFICANTI - Rappresentano l’elemento essenziale dello stato

vetroso che compone il reticolo amorfo del vetro

– SiO2 (ossido di Silicio - SIlice) TTff == 17131713°°CC

– B2O3 (ossido di boro- Borace)

•• FONDENTIFONDENTI - Aiutano il processo di fusione abbassandone la

temperaturatemperatura

– Na2O (Soda – tipicamente si usa Na2CO3)

• (75%SiO2 – 25% Na2O → TTff == 793793°°CC)

•• STABILIZZANTISTABILIZZANTI – Conferiscono maggiore stabilità e resistenza

fisica e chimica al vetro

– CaO (Marmo) – MgO (Magnesia) – Al2O3 (Allumina) – BaO – PbO

Università degli studi di Milano-BicoccaDipartimento di Scienza dei Materiali

LA STRUTTURA CRISTALLINA

SiliceSilicefusafusa

QuarzoQuarzo

SiliceSilice

amorfaamorfa

Tf = 1713Tf = 1713°°CC

ECCESIVO DISPENDIO ENERGETICO PER LA FUSIONE ECCESIVO DISPENDIO ENERGETICO PER LA FUSIONE (Rottura degli energetici legami covalenti Si(Rottura degli energetici legami covalenti Si--OO--Si)Si)

++NaNa22COCO33

Tf =793Tf =793°°CC

(Rottura degli energetici legami covalenti Si(Rottura degli energetici legami covalenti Si--OO--Si)Si)

>1000°C

Lenta o

Veloce

I I legami ionici tra Olegami ionici tra O-- e Nae Na+ + abbassano il punto i fusioneabbassano il punto i fusionema generoma genero VETRO IDROSOLUBILEVETRO IDROSOLUBILE

necessita uso STABILIZZANTISTABILIZZANTI CaO – MgO – Al2O3 –PbO

VARIE TIPOLOGIE DI VETRI

Università degli studi di Milano-BicoccaDipartimento di Scienza dei Materiali

1. Soda-Lime-Silica (Tipico vetro commerciale per bottiglie, barattoli, ecc.)

2. Vetro borosilicato (Pyrex = basso coefficiente di espansione termica)

3. Cristallo (Vetro al piombo; particolari proprietà ottiche a seguito della sua alta densita)

4. Vetro di Silice (alta temperatura)

5. Soda-Lime-Silica antico di produzione Romana

VETRI COLORATIVETRI COLORATI

Università degli studi di Milano-BicoccaDipartimento di Scienza dei Materiali

COS’È IL COLORE?

IL COLORE DEL CAMPIONE IL COLORE DEL CAMPIONE È IL COLORE COMPLEMENTARE È IL COLORE COMPLEMENTARE

Università degli studi di Milano-BicoccaDipartimento di Scienza dei Materiali

IL COLORE DEL CAMPIONE IL COLORE DEL CAMPIONE È IL COLORE COMPLEMENTARE È IL COLORE COMPLEMENTARE DELLA RADIAZIONE ASSORBITADELLA RADIAZIONE ASSORBITA

En

erg

iaE

ner

gia

E’’E’’

E’E’

LUCE BIANCALUCE BIANCA(costituita da tutte le lunghezze d’onda)

EsEs::LUCE TRASMESSA LUCE TRASMESSA

BLUBLU--VERDEVERDE

LUCE ASSORBITA LUCE ASSORBITA ROSSAROSSA

I COLORANTITipicamente sono ossidi di metalli di transizione

Colorante Condizioni Ossidanti

Condizioni Riducenti

Biossido di Manganese Ametista Nessuna

Ossido di Rame(II) Verde –Blu Verde -Blu

Ossido di Ferro(III) Verde Oliva Verde – Blu

Università degli studi di Milano-BicoccaDipartimento di Scienza dei Materiali

Ossido di Ferro(III) Verde Oliva Verde – Blu

Ossido di Cerio Giallo Giallo

Ossido di Nichel Violetto Violetto

Ossido di Neodimio Violetto Violetto

Cloruro di Oro Rosso rubino Nessuna

Uranio Giallo Fluorescente Verde Fluorescente

COME AGISCE IL COLORANTE?Coloranti Coloranti →Atomi di metalli di transizione dispersi nella matrice vetrosa

Ogni specie chimica (atomo, molecola, ione) ha una seriecaratteristica di livelli energetici (elettronici, vibrazionali,rotazionali). Generalmente gli stati ad energia inferiore (StatoStatofondamentalefondamentale == E’E’ ) sono occupati mentre gli stati ad alta energiasono vuoti (StatoStato eccitatoeccitato == E’’E’’ ).

Università degli studi di Milano-BicoccaDipartimento di Scienza dei Materiali

En

erg

iaE

ner

gia

E’’ = E’’ = Stato non occupatoStato non occupato

E’ = E’ = Stato occupatoStato occupato

LUCE LUCEComponente con energia opportuna per Componente con energia opportuna per compiere transizione E’compiere transizione E’--E’’E’’

SOMMARIO ESPERIENZA1) Preparazione dei campioni in polvere a differenti

composizioni di ossidi.

2) Fusione ad alta temperatura (T = 1400 ˚C!) dei

campioni, formazione del vetro liquido.

3) Formatura del vetro liquido mediante stampi in grafite.

Università degli studi di Milano-BicoccaDipartimento di Scienza dei Materiali

3) Formatura del vetro liquido mediante stampi in grafite.

4) Analisi dei campioni ottenuti

mediante spettroscopie

elettromagnetiche.