DINAMICA VIBRAZIONALE IN UN GLASS FORMER FRAGILE MEDIANTE SPETTROSCOPIA BRILLOUIN
SAPIENZA UNIVERSITA’ DI ROMA
FACOLTA’ DI SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALICORSO DI LAUREA TRIENNALE IN FISICA
Relatore:Dott. Tullio Scopigno
Candidato:Alessandra Virga
ANNO ACCADEMICO 2012/2013
Tesi di Laurea Triennale in Fisica
❶ La transizione vetrosa e lo Scattering Brillouin
❷Dinamica vibrazionale di un glass former
❸ Analisi delle misure e risultati sperimentali
OUTLINE
APPLICAZIONE DEI GLASS-FORMERS ALL’AMBITO FARMACEUTICO: L’INDOMETACINA.
Time [s]Aq
ueou
s sol
ubili
ty [m
g/10
0ml]
LA TRANSIZIONE VETROSA
Volu
me
Temperatura
LiquidoVetro
Cristallo
Sottoraffreddato
𝑇𝑚𝑇 𝑔1𝑇 𝑔2
𝐶𝑝=−𝑇 ( 𝜕2𝐺𝜕𝑇2 )
𝑃
𝑉=( 𝜕𝐺𝜕𝑃 )𝑇Rate 1 10K/min
Rate 2 0.1K/min
ALCUNI STRUMENTI
FUNZIONE DI CORRELAZIONE
VARIABILI DINAMICHE RILEVANTI
FUNZIONE INTERMEDIA DI SCATTERING
FATTORE DI STRUTTURA DINAMICO
LO SCATTERING DELLA LUCE: BLS
|𝑞|=4𝜋𝑛𝜆 sin (𝜃2 )
• Grandi lunghezze d’onda e piccole frequenze • Omogeneità e isotropia locale del sistema;• Equilibrio termodinamico locale.
IMC LIQUIDA: IDRODINAMICA SEMPLICEIpotesi regime idrodinamico:
Conservazione della materia
Conservazione dell’impulso
Conservazione dell’energia
Matrice idrodinamica
.
IMC IN FASE SOTTORAFFREDDATA E VETROSA: IL FORMALISMO DELLA MEMORY FUNCTION
Equazione di Langevingeneralizzata
DHO• Arresto strutturale: il sistema mantiene la propria Memoria
• Contributo vibrazionale : perdita istantanea della Memoria
-100 -50 0 50 1000.06.5
13.019.526.00.06.6
13.219.826.40.04.48.8
13.20.05.5
11.016.522.00.06.6
13.219.826.40.01.32.63.90.03.57.0
10.514.0
[GHz*rad]
Inte
nsity
(arb
. uni
ts)
BLS: Frequency Domain
438K
428K
408K
388K
368K
348K
Indometachin Fit DHO Fit Elastic Peak
298K
ANALISI DEI DATI
Correzione quantistica Bilancio dettagliato
250 300 350 400 450
1500
2000
2500
K.L.Kearns et al. Adv.Mat.22,39–42(2010)BLS
Soun
d ve
loci
ty [m
/s]
Temperature [K]
Indomethacin
Tg250 300 350 400 450
1500
2000
2500
BLS
Soun
d ve
loci
ty [m
/s]
Temperature [K]
Indomethacin
Tg
VELOCITA’ DEL SUONO IN BLS
250 300 350 400 4500.0
0.5
1.0
1.5
Indomethacin
[GH
z]
Temperature [K]
BLS K.L.Kearns et al. Adv.Mat.22,39–42(2010)
Tg250 300 350 400 450
0.0
0.5
1.0
1.5
Indomethacin
[GH
z]
Temperature [K]
BLS
Tg250 300 350 400 4500.0
0.5
1.0
1.5
Indomethacin
[GH
z]
Temperature [K]
BLS K.L.Kearns et al. Adv.Mat.22,39–42(2010)[q=0.0136 nm-1]Kearns a q = 0.0287 nm-1
Tg
COEFFICIENTE DI ATTENUAZIONE DEL SUONO IN BLS
Broadband PicoAcustics Brillouin Light Scattering
Funzione intermedia di scattering
Fattore di struttura dinamico
Trasformata diFourier nel tempo
CONFRONTO TECNICHE TIME- FREQUENCY DOMAIN:BPA E BLS
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
-4
-2
0
2
4
x 10-4
time[ps]
R
/R [a
.u.]
probe= 480nm
glass Substrate
2sin2
Ts
probe
ncλ
Tcdnλ
sprobe 22
)90sin(4
probess λ
ncQv
Stimulated Brillouin Scattering
Interferometric Detection
TECNICA TIME DOMAIN: BROADBAND PICOACUSTICS(BPA)
Silicon substrate
Ref
lect
ivity
[a.u
.]
Time [ps]
Time Fourier Transform
CONFRONTO TECNICHE TIME- FREQUENCY DOMAIN:BPA E BLS
CONFRONTO TECNICHE TIME- FREQUENCY DOMAIN:BPA E BLSBLS: BPA:
𝜆 𝐵𝑃𝐴≈650𝑛𝑚
450 500 550 600 650 700 750 800 8500.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0.035
0.040
0.045
q [n
m-1*r
ad]
[nm]
qBLS qBPA
BLS
qBLS
CONFRONTO TECNICHE TIME- FREQUENCY DOMAIN:BPA E BLS
-100 -50 0 50 1000.06.5
13.019.526.00.06.6
13.219.826.40.04.48.8
13.20.05.8
11.617.40.06.6
13.219.826.40.01.32.63.90.03.57.0
10.514.0
-100 -50 0 50 1000.00E+0001.10E-0092.20E-0093.30E-0094.40E-009
Indometachin Fit DHO Fit Elastic PeakFT - BPA: Frequency Domain
BLS: Frequency Domain
Inte
nsity
(arb
. uni
ts)
[GHz*rad]
388K
408K
428K
263K
438K
298K
348K
368K
250 300 350 400 4500.0
0.5
1.0
1.5
Indomethacin
[G
Hz]
Temperature [K]
BLSBPA K.L.Kearns et al. Adv.Mat.22,39–42(2010)Kearns a q = 0.0287 nm-1
Tg
250 300 350 400 450
1500
2000
2500
3000K.L.Kearns et al. Adv.Mat.22,39–42(2010)BPABLS
Soun
d ve
loci
ty [m
/s]
Temperature [K]
Indomethacin
Tg
CONCLUSIONI
• Determinazione di proprietà acustiche: velocità del suono e coefficiente di attenuazione del suono in funzione della temperatura;
• Analisi della dinamica vibrazionale: modello dell’idrodinamica per IMC liquida, equazione di Langevin generalizzata per la fase sottoraffreddata, con opportuna scelta di Memory Function
• Outlook: sviluppo di nuovi di geometrie di scattering, per l’eliminazione della dipendenza dell’indice di rifrazione dalla velocità del suono
250 300 350 400 450
1500
2000
2500
3000K.L.Kearns et al. Adv.Mat.22,39–42(2010)BPABLS
Soun
d ve
loci
ty [m
/s]
Temperature [K]
Indomethacin
Tg
250 300 350 400 4500.0
0.5
1.0
1.5
Indomethacin
[G
Hz]
Temperature [K]
BLSBPA K.L.Kearns et al. Adv.Mat.22,39–42(2010)
Kearns a q = 0.0287 nm-1
Tg
• Applicazioni: proprietà acustiche, come velocità del suono e coefficiente di attenuazione acustica, presentano una correlazione con importanti proprietà dei glass formers, come il fattore di non ergodicità e la fragilità, legate alla tendenza a cristallizzare del sistema.
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