The document provides information about phase diagrams and equilibrium diagrams. It defines a phase as a state of matter that has uniform structure, composition, and properties throughout, with a clear interface between it and other phases. A phase diagram graphically represents the phases present in a material at different temperatures, pressures, and compositions, describing equilibrium conditions. It indicates melting/solidification temperatures and phase formation ranges. General types of solid solutions and Hume-Rothery's rules for substitutional solutions are discussed. Gibbs' phase rule relates the number of coexisting phases to components and degrees of freedom. Different types of phase diagrams including unary, binary, ternary and quaternary are classified.
The document discusses the key differences between step-growth (condensation) polymerization and chain-growth (addition) polymerization. It notes that step-growth polymerization proceeds through the stepwise reaction of functional groups on monomers, leading to a relatively slow increase in polymer size. Chain-growth polymerization involves the continuous addition of monomers to a reactive center, allowing for the rapid production of high molecular weight polymers. The document also examines factors that influence molecular weight in step-growth polymerization such as stoichiometry, conversion, and the presence of monofunctional reactants.
The document discusses chemical vapor deposition (CVD) processes for thin film deposition in microelectronics processing. CVD involves depositing a thin solid film on a substrate through chemical reactions of vapor phase precursors. Key aspects covered include common CVD systems like atmospheric pressure CVD, low pressure CVD, and plasma enhanced CVD. The document also examines the CVD kinetic growth model, factors that influence the growth rate like mass transfer and surface reactions, examples of CVD films like silicon nitride and polysilicon, and steps in the CVD process.
This document discusses gas flow in vacuum systems. It defines different flow regimes from turbulent to molecular based on the Knudsen number. Conductance is introduced as a property that describes the rate of gas flow through a component. Equations are provided to calculate the conductance of long tubes and orifices. The document also describes how to calculate the pumping speed at different points in a vacuum system by combining the individual conductances between components using equations. An example calculation is provided to illustrate this.
LA COMUNICAZIONE PEDAGOGICA è l’incontro e la sintesi di diverse teorie e pratiche della Psicologia Umanistica: Biosistemica, Psicoteatro, Metodo Gordon, Training non violento, Psicodramma di Moreno, Terapia Rogersiana, Counselling, Tecniche di animazione e di dinamiche di gruppo, comunicazione ecologica di Jerome Liss
The document discusses different etching techniques used in microfabrication. It covers wet chemical etching methods, which can be isotropic or anisotropic depending on the material and etchant. Isotropic etching results in equal etch rates in all directions, while anisotropic etching has directionally dependent etch rates. Wet etching of silicon can be made anisotropic using hydroxide solutions that etch the {100} plane much faster than the {111} plane. Dry etching techniques like plasma etching are also covered, which can produce highly anisotropic profiles needed for nano-scale fabrication. Key figures of merit for etching like etch rate, selectivity, uniformity and anisotropy are defined.
The document provides information about phase diagrams and equilibrium diagrams. It defines a phase as a state of matter that has uniform structure, composition, and properties throughout, with a clear interface between it and other phases. A phase diagram graphically represents the phases present in a material at different temperatures, pressures, and compositions, describing equilibrium conditions. It indicates melting/solidification temperatures and phase formation ranges. General types of solid solutions and Hume-Rothery's rules for substitutional solutions are discussed. Gibbs' phase rule relates the number of coexisting phases to components and degrees of freedom. Different types of phase diagrams including unary, binary, ternary and quaternary are classified.
The document discusses the key differences between step-growth (condensation) polymerization and chain-growth (addition) polymerization. It notes that step-growth polymerization proceeds through the stepwise reaction of functional groups on monomers, leading to a relatively slow increase in polymer size. Chain-growth polymerization involves the continuous addition of monomers to a reactive center, allowing for the rapid production of high molecular weight polymers. The document also examines factors that influence molecular weight in step-growth polymerization such as stoichiometry, conversion, and the presence of monofunctional reactants.
The document discusses chemical vapor deposition (CVD) processes for thin film deposition in microelectronics processing. CVD involves depositing a thin solid film on a substrate through chemical reactions of vapor phase precursors. Key aspects covered include common CVD systems like atmospheric pressure CVD, low pressure CVD, and plasma enhanced CVD. The document also examines the CVD kinetic growth model, factors that influence the growth rate like mass transfer and surface reactions, examples of CVD films like silicon nitride and polysilicon, and steps in the CVD process.
This document discusses gas flow in vacuum systems. It defines different flow regimes from turbulent to molecular based on the Knudsen number. Conductance is introduced as a property that describes the rate of gas flow through a component. Equations are provided to calculate the conductance of long tubes and orifices. The document also describes how to calculate the pumping speed at different points in a vacuum system by combining the individual conductances between components using equations. An example calculation is provided to illustrate this.
LA COMUNICAZIONE PEDAGOGICA è l’incontro e la sintesi di diverse teorie e pratiche della Psicologia Umanistica: Biosistemica, Psicoteatro, Metodo Gordon, Training non violento, Psicodramma di Moreno, Terapia Rogersiana, Counselling, Tecniche di animazione e di dinamiche di gruppo, comunicazione ecologica di Jerome Liss
The document discusses different etching techniques used in microfabrication. It covers wet chemical etching methods, which can be isotropic or anisotropic depending on the material and etchant. Isotropic etching results in equal etch rates in all directions, while anisotropic etching has directionally dependent etch rates. Wet etching of silicon can be made anisotropic using hydroxide solutions that etch the {100} plane much faster than the {111} plane. Dry etching techniques like plasma etching are also covered, which can produce highly anisotropic profiles needed for nano-scale fabrication. Key figures of merit for etching like etch rate, selectivity, uniformity and anisotropy are defined.
Characterization Of Layered Structures By X Ray Diffraction Techniquesicernatescu
X-ray diffraction techniques can characterize the structure of thin film materials. Epitaxial layers can be analyzed by measuring mismatch, relaxation, composition, in-plane epitaxy, and mosaic spread from reciprocal space maps. Polycrystalline layers provide information on phase identification, texture, residual stress, and crystallite size from symmetric scans and glancing incidence diffraction. Instrument configurations vary depending on the needed resolution and type of analysis, such as parallel beam for epitaxy and Bragg-Brentano geometry for powders.
The document discusses various topics in electrochemistry including: ionic motion in electrolytic conduction; electrolytes and electrolysis; electrolytic cells; conductance; specific conductance; equivalent conductance; molar conductance; variation of molar conductance with dilution; ionic mobility; Faraday's laws of electrolysis; and Ohm's law as applied to electrolytic conductors. It also describes migration of ions and the factors that influence ionic mobility such as size, charge, hydration, and temperature.
Chemical Vaour Deposition & Physical Vapour Deposition techniques.Tapan Patel
This document provides an overview of chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (PVD) processes. CVD involves reacting vapor phase chemicals in a reaction chamber to form a thin solid film on a substrate. Key steps in the CVD process include transporting reactants, adsorption on the substrate surface, and desorption of byproducts. PVD involves vaporizing a solid material using techniques like evaporation, sputtering, or pulsed laser deposition under vacuum conditions. The vaporized material then condenses as a thin film on the substrate. The document compares advantages and applications of the two deposition methods.
A solid solution is a single phase that exists over a range of chemical compositions. It occurs when two elements form similar crystal structures and have properties like atomic radii and electronegativity that allow them to substitute for each other in the crystal lattice. There are two main types: substitutional solid solutions where one atom substitutes for another, and interstitial solid solutions where atoms occupy spaces in the lattice that are normally unoccupied. A good example is the copper-nickel system, where copper and nickel atoms can substitute for each other to form a continuous range of solid solutions due to their similar properties. The extent of solid solubility depends on factors like temperature, size differences between atoms, and relative positions in the electrochemical series
The Raman effect was discovered in 1928 by Indian scientist C.V. Raman. When light interacts with molecules, most light is scattered at the same frequency as the incident light (Rayleigh scattering) but a small amount is scattered at shifted frequencies. This shifted light is called the Raman effect. There are three types of scattered light - Rayleigh lines have the same frequency, Stokes lines have lower frequencies, and anti-Stokes lines have higher frequencies. Raman spectroscopy analyzes these scattered light frequencies to identify molecules based on their vibrational and rotational states.
This document provides a summary of diffraction gratings and their applications. It discusses the physics of diffraction gratings, the different types of gratings including ruled, holographic and replicated gratings. It covers grating mounts and systems, imaging properties, efficiency characteristics, stray light, testing and applications. The document is the sixth edition of a handbook on diffraction gratings published by Newport Corporation.
Bu sunum; Gazi Üniversitesi İleri Teknolojiler ABD, Prof.Dr. İbrahim USLU' nun sorumluluğunda olan" İnce Film Teknolojileri" adlı derste sunmuş olduğum ince film kaplama tekniklerinden birisi olan Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) tekniğini detaylı bir şekilde anlatılmaktadır.
This document discusses wettability and capillary pressure in porous media. It defines wettability as the tendency of one fluid to spread on or adhere to a solid surface in the presence of other immiscible fluids. Capillary pressure is the pressure difference between two immiscible fluids due to the curvature of the interface between them. There are three types of capillary pressure depending on the fluid pairs: water-oil, gas-oil, and gas-water. Capillary pressure data are important for determining initial fluid saturations, seal capacity, and relative permeability in reservoirs.
The document discusses chemical vapor deposition (CVD) and was presented by a team of 4 students. CVD involves depositing a solid film on a substrate through chemical reactions of vapor phase precursors. The major sections describe the CVD apparatus, process, types including atmospheric pressure CVD, low pressure CVD and plasma enhanced CVD. The applications of CVD include coatings, semiconductor devices, optical fibers and composites. Advantages are high growth rates, versatility in deposited materials and purity. Disadvantages include high temperatures and complex toxic processes.
Energy storage phosphors @ Phosphor Global Summit 2019Philippe Smet
Presentation on opportunities and limitations of energy storage phosphors, which can be used for glow-in-the-dark roads or safety illumination. Loss mechanisms in phosphors. Presented at the Phosphor Global Summit and Quantum Dot Forum 2019 in San Diego, La Jolla, California. March 19-21.
This document provides an overview of Raman spectroscopy. It discusses the discovery of Raman spectroscopy and how it is used to observe vibration, rotational, and other low-frequency modes in a system. It also describes key aspects of Raman spectroscopy including the instrumentation, principle, types of molecules that show Raman spectra, quantum and classical theories, and applications to analyze rotational, vibrational, and pure rotational Raman spectra of molecules. In summary, the document serves as an introduction to Raman spectroscopy and its use in chemistry to identify molecules based on their unique Raman fingerprint.
Part III. Metal-Organic Chemical Vapor DepositionAnthony Liu
MOCVD is a technique used to deposit thin films through chemical vapor deposition using metalorganic precursors. Key aspects of MOCVD include:
- Metalorganic precursors are transported by a carrier gas into a heated reactor where surface reactions occur to deposit the desired material on a substrate.
- MOCVD systems include gas delivery components, horizontal or vertical reactors, and exhaust/safety systems. In-situ diagnostics like reflectance anisotropy spectroscopy are used.
- The MOCVD growth process involves transport of precursors to the reactor, chemical reactions in the gas and at the surface, diffusion of reactants to the surface, and deposition through surface reactions and product desorption. Conservation equations model the
Nanomaterials are engineered materials that are 100 nm or less in at least one dimension. They can be classified as zero-dimensional, one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional structures. There are two main methods for synthesizing nanomaterials - the top-down approach breaks down bulk materials into nano-sized pieces, while the bottom-up approach assembles atoms and molecules into nanostructures. Common bottom-up synthesis techniques include sol-gel processing, where a sol transitions into a gel network, and gas-phase methods like chemical vapor deposition, which use gas-phase precursors and reactions to form nanoparticles. Nanomaterials have a variety of applications in electronics, energy, medicine and other fields due to their unique
This document discusses systematically absent reflections in crystal structures. It provides the following key points:
1) Systematically absent reflections occur due to the symmetry and lattice type of a crystal structure, which results in certain planes of atoms reflecting X-rays completely out of phase and thus interfering destructively.
2) Common symmetry elements that lead to systematically absent reflections include translational symmetry, glide planes, screw axes, and lattice centering. Different lattice types like body-centered and face-centered cubic have characteristic formulas for systematic absences.
3) Examples are provided of systematically absent reflections in common crystal structures like NaCl, KCl, CsCl, iron, and copper to illustrate how lattice type and symmetry affect
A photoresist is a light-sensitive material used in several industrial processes, such as photolithography and photoengraving, to form a patterned coating on a surface.
Characterization Of Layered Structures By X Ray Diffraction Techniquesicernatescu
X-ray diffraction techniques can characterize the structure of thin film materials. Epitaxial layers can be analyzed by measuring mismatch, relaxation, composition, in-plane epitaxy, and mosaic spread from reciprocal space maps. Polycrystalline layers provide information on phase identification, texture, residual stress, and crystallite size from symmetric scans and glancing incidence diffraction. Instrument configurations vary depending on the needed resolution and type of analysis, such as parallel beam for epitaxy and Bragg-Brentano geometry for powders.
The document discusses various topics in electrochemistry including: ionic motion in electrolytic conduction; electrolytes and electrolysis; electrolytic cells; conductance; specific conductance; equivalent conductance; molar conductance; variation of molar conductance with dilution; ionic mobility; Faraday's laws of electrolysis; and Ohm's law as applied to electrolytic conductors. It also describes migration of ions and the factors that influence ionic mobility such as size, charge, hydration, and temperature.
Chemical Vaour Deposition & Physical Vapour Deposition techniques.Tapan Patel
This document provides an overview of chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (PVD) processes. CVD involves reacting vapor phase chemicals in a reaction chamber to form a thin solid film on a substrate. Key steps in the CVD process include transporting reactants, adsorption on the substrate surface, and desorption of byproducts. PVD involves vaporizing a solid material using techniques like evaporation, sputtering, or pulsed laser deposition under vacuum conditions. The vaporized material then condenses as a thin film on the substrate. The document compares advantages and applications of the two deposition methods.
A solid solution is a single phase that exists over a range of chemical compositions. It occurs when two elements form similar crystal structures and have properties like atomic radii and electronegativity that allow them to substitute for each other in the crystal lattice. There are two main types: substitutional solid solutions where one atom substitutes for another, and interstitial solid solutions where atoms occupy spaces in the lattice that are normally unoccupied. A good example is the copper-nickel system, where copper and nickel atoms can substitute for each other to form a continuous range of solid solutions due to their similar properties. The extent of solid solubility depends on factors like temperature, size differences between atoms, and relative positions in the electrochemical series
The Raman effect was discovered in 1928 by Indian scientist C.V. Raman. When light interacts with molecules, most light is scattered at the same frequency as the incident light (Rayleigh scattering) but a small amount is scattered at shifted frequencies. This shifted light is called the Raman effect. There are three types of scattered light - Rayleigh lines have the same frequency, Stokes lines have lower frequencies, and anti-Stokes lines have higher frequencies. Raman spectroscopy analyzes these scattered light frequencies to identify molecules based on their vibrational and rotational states.
This document provides a summary of diffraction gratings and their applications. It discusses the physics of diffraction gratings, the different types of gratings including ruled, holographic and replicated gratings. It covers grating mounts and systems, imaging properties, efficiency characteristics, stray light, testing and applications. The document is the sixth edition of a handbook on diffraction gratings published by Newport Corporation.
Bu sunum; Gazi Üniversitesi İleri Teknolojiler ABD, Prof.Dr. İbrahim USLU' nun sorumluluğunda olan" İnce Film Teknolojileri" adlı derste sunmuş olduğum ince film kaplama tekniklerinden birisi olan Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) tekniğini detaylı bir şekilde anlatılmaktadır.
This document discusses wettability and capillary pressure in porous media. It defines wettability as the tendency of one fluid to spread on or adhere to a solid surface in the presence of other immiscible fluids. Capillary pressure is the pressure difference between two immiscible fluids due to the curvature of the interface between them. There are three types of capillary pressure depending on the fluid pairs: water-oil, gas-oil, and gas-water. Capillary pressure data are important for determining initial fluid saturations, seal capacity, and relative permeability in reservoirs.
The document discusses chemical vapor deposition (CVD) and was presented by a team of 4 students. CVD involves depositing a solid film on a substrate through chemical reactions of vapor phase precursors. The major sections describe the CVD apparatus, process, types including atmospheric pressure CVD, low pressure CVD and plasma enhanced CVD. The applications of CVD include coatings, semiconductor devices, optical fibers and composites. Advantages are high growth rates, versatility in deposited materials and purity. Disadvantages include high temperatures and complex toxic processes.
Energy storage phosphors @ Phosphor Global Summit 2019Philippe Smet
Presentation on opportunities and limitations of energy storage phosphors, which can be used for glow-in-the-dark roads or safety illumination. Loss mechanisms in phosphors. Presented at the Phosphor Global Summit and Quantum Dot Forum 2019 in San Diego, La Jolla, California. March 19-21.
This document provides an overview of Raman spectroscopy. It discusses the discovery of Raman spectroscopy and how it is used to observe vibration, rotational, and other low-frequency modes in a system. It also describes key aspects of Raman spectroscopy including the instrumentation, principle, types of molecules that show Raman spectra, quantum and classical theories, and applications to analyze rotational, vibrational, and pure rotational Raman spectra of molecules. In summary, the document serves as an introduction to Raman spectroscopy and its use in chemistry to identify molecules based on their unique Raman fingerprint.
Part III. Metal-Organic Chemical Vapor DepositionAnthony Liu
MOCVD is a technique used to deposit thin films through chemical vapor deposition using metalorganic precursors. Key aspects of MOCVD include:
- Metalorganic precursors are transported by a carrier gas into a heated reactor where surface reactions occur to deposit the desired material on a substrate.
- MOCVD systems include gas delivery components, horizontal or vertical reactors, and exhaust/safety systems. In-situ diagnostics like reflectance anisotropy spectroscopy are used.
- The MOCVD growth process involves transport of precursors to the reactor, chemical reactions in the gas and at the surface, diffusion of reactants to the surface, and deposition through surface reactions and product desorption. Conservation equations model the
Nanomaterials are engineered materials that are 100 nm or less in at least one dimension. They can be classified as zero-dimensional, one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional structures. There are two main methods for synthesizing nanomaterials - the top-down approach breaks down bulk materials into nano-sized pieces, while the bottom-up approach assembles atoms and molecules into nanostructures. Common bottom-up synthesis techniques include sol-gel processing, where a sol transitions into a gel network, and gas-phase methods like chemical vapor deposition, which use gas-phase precursors and reactions to form nanoparticles. Nanomaterials have a variety of applications in electronics, energy, medicine and other fields due to their unique
This document discusses systematically absent reflections in crystal structures. It provides the following key points:
1) Systematically absent reflections occur due to the symmetry and lattice type of a crystal structure, which results in certain planes of atoms reflecting X-rays completely out of phase and thus interfering destructively.
2) Common symmetry elements that lead to systematically absent reflections include translational symmetry, glide planes, screw axes, and lattice centering. Different lattice types like body-centered and face-centered cubic have characteristic formulas for systematic absences.
3) Examples are provided of systematically absent reflections in common crystal structures like NaCl, KCl, CsCl, iron, and copper to illustrate how lattice type and symmetry affect
A photoresist is a light-sensitive material used in several industrial processes, such as photolithography and photoengraving, to form a patterned coating on a surface.
Introduzione a ubuntu - Linux Day 2010Nicola Corti
Intervento al Linux Day 2010@Pisa, organizzato da parte del GULP. L'intervento presenta il sistema ubuntu in tutte le sue parti mostrandone pregi e difetti.
Intervento al Linux Day 2010@Pisa, organizzato da parte del GULP. L'intervento ha l'obiettivo di presentare il sistema Ubuntu mostrandone gli aspetti principali
Raspberry pi per tutti (workshop presso Warehouse Coworking Pesaro)Gabriele Guizzardi
Slide delle 8h di workshop su Raspberry Pi presso Warehouse Coworking Pesaro, 13/12/2014
Slides of 8h workshop about Raspberry Pi at Warehouse Coworking Pesaro, 13/12/2014
Seminario del GULP (Gruppo Utenti Linux Pisa) che introduce alla programmazione in C, mostrando gli strumenti di sviluppo e i principali costrutti del linguaggio.
APPLICABILITÀ DELLE TECNICHE ALTERNATIVE DI DEPOSIZIONE
DI FILM SOTTILI SUPERCONDUTTORI ALLE CAVITÀ RISONANTI
PER ACCELERATORI DI PARTICELLE E STUDIO DI UNA POSSIBILE
APPLICAZIONE “LOW TECH”
L’uso di materiali superconduttori per la costruzione di cavità RF per gli acceleratori di particelle, permette di ottenere degli alti gradienti di accelerazione con basse perdite termiche.
Tra tutti i possibili materiali, il niobio massivo puro, con Tc = 9.2 K, presenta il migliore comportamento superconduttivo se sottoposto ad alti campi di RF. Per ottenere alti fattori di qualità (Q0) e alti campi acceleranti (Eacc), sono necessarie superfici piatte e libere da difetti superficiali. Le dispersioni si generano in uno strato superficiale di 50-100 nm che presenta
esternamente l’ossido nativo (5-10 nm) solitamente contaminato da polvere ed elementi adsorbiti durante il processo di pulitura superficiale.
I processi di pulitura chimici BCP (Buffer Chemical Polishing) generano ottime
superfici, nel particolare la lucidatura chimica ottenuta con la miscela FNP 1:1:2 (Acido Fluoridrico, Acido Nitrico, Acido Ortofosforico 1:1:2 v/v/v) da Kinter1 offre anche ottimi rendimenti. Nonostante questo, con il miglioramento delle tecniche di produzione, il trattamento finale è diventato il vero fattore limitante per l’ottenimento di gradienti acceleranti superiori a 35-40 MV/m2.
L’EP (Electrochemical Polishing) rappresenta una valida alternativa offrendo, già dalle prime applicazioni, un miglioramento rispetto ai processi chimici standard di lucidatura.
Infatti, anche se non è completamente chiaro il motivo, le superfici elettrolucidate presentano gradienti acceleranti maggiori delle superfici lucidate chimicamente.
D’altronde l’impiego dell’elettrolucidatura, condotta in HF 36% / H2SO4 4%, non evita l’uso di agenti chimici alquanto pericolosi. Nasce da questi presupposti codesto lavoro di tesi che si propone l’ambizioso obiettivo di rendere il processo più sicuro e allo stesso tempo meno costoso.
Reference slides (ITA) for the first conference of the cicle "Ad Ali Spiegate", held in Monza, Milan, Italy on december 19th, 2014.
Check out the video on YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=cvz-ejhbbeA
CUORE è un progetto internazionale che si propone come obiettivo la misura del tempo di decadimento doppio beta (decadimento ββ o DBD) del neutrino, cioè nell’occorrenza simultanea di due decadimenti beta nello stesso nucleo. Questo avviene mediante l’uso di un rivelatore composto da una schiera di 988 bolometri di TeO2, disposti in una configurazione cilindrica di 19 torri da 52 cristalli ciascuna. Dalla misura del tempo di decadimento dovrebbe essere possibile risalire direttamente alla massa del neutrino, uno dei grandi obbiettivi della ricerca attuale.
La pulizia superficiale della componentistica dell’esperimento CUORE è già stata oggetto di studio e lavoro, prodotti dal laboratorio di Superconduttività e Trattamenti di superficie dei LNL dell’INFN (per ulteriori informazioni si rimanda pertanto a detti elaborati [Menegatti (2005,2006)]).
Poiché il parametro cruciale di questo esperimento è il residuo della contaminazione radioattiva in superficie e la sua relativa rimozione, il più importante obbiettivo della fase di R&D di CUORE consiste nello sviluppare metodi per controllare e ridurre, a livelli trascurabili, il fondo radioattivo derivante da eventi di superficie. La configurazione di CUORE non permette un sostanziale aumento della sensibilità, se prima non viene messa a punto una procedura per abbattere di un ordine di grandezza l’inquinamento da Th e U presente sulla superficie dei cristalli e del rame. La pulizia della superficie dei materiali costituisce quindi una fase fondamentale affinché CUORE abbia successo.
Scopo dell’elaborato proposto è la compilazione di un accurato protocollo di pulizia in grado di ridurre la contaminazione radiattiva presente nel rame utilizzato. La procedura descritta nel protocollo è già in uso per pulire i campioni di CUORE, ma ha mostrato in alcuni punti lacune e problemi, che con il presente lavoro si cercherà di evidenziare e in taluni casi di risolvere. Un’analisi della procedura di pulizia è, infatti, fondamentale per apportare miglioramenti alla procedura stessa e capire quali saranno i prossimi passaggi da mettere a punto.
Scopo di questo lavoro è anche il fare il punto della situazione attuale per quanto concerne la pulizia superficiale dei campioni in Cu del progetto CUORE; questo scritto può costituire inoltre materiale informativo a disposizione dei gruppi scientifici che affrontano tematiche analoghe. Tra questi ultimi vi è il gruppo lavorante all’esperimento GERDA, proposto nel 2004 come un rivelatore di nuova generazione per la ricerca del decadimento doppio beta del 76Ge ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso.
Deposizione via Sol-Gel di Interlayer di Lal-xSrxMn03 per semicelle a combust...thinfilmsworkshop
Tra i sistemi attuali di conversione dell’energia con basso impatto ambientale, le celle a combustibile sono tra quelli che destano il maggiore interesse. Ipotizzate dal fisico inglese William Grove sin dalla fine dell’800, vennero realizzate per la prima volta nel 1959. Tuttavia, solo negli ultimi anni la ricerca in questo settore ha avuto una straordinaria crescita in campo automobilistico, per dispositivi portatili, per impianti elettrici domestici o per grandi centrali elettriche. Tale sviluppo è giustificato dal sempre maggiore interesse per le problematiche ambientali e dal notevole miglioramento tecnologico nel settore dei materiali, che ha portato ad avere celle a combustibile con efficienze e stabilità termiche e meccaniche decisamente più elevate a costi minori e per cui è possibile ipotizzare uno sviluppo commerciale di questi dispositivi in tempi relativamente brevi. Tra i vari tipi di celle a combustibile, le celle ad ossido solido (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) sono in fase di sviluppo per applicazioni stazionarie quali piccole centraline elettriche o grandi impianti e i primi prototipi sono già stati testati con successo. Tali dispositivi, però, necessitano di temperature
di esercizio molto elevate (800 ÷ 1000°C) e quindi di materiali elettrodici, elettrolitici e di interconnessioni metalliche che resistano a tali temperature. Ciò comporta costi notevoli per l’impianto e, in vista di una loro potenziale commercializzazione, si è reso quindi necessario lo sviluppo di nuovi materiali per abbassare le temperature a valori attorno a 500 ÷ 800°C, ovvero nel range di temperature definite “intermedie” (IT-SOFC, Intermediate Temperature SOFC). L’istituto IENI (Istituto per l’Energetica e le Interfasi) del CNR di Padova, in cui questo lavoro di tesi è stato svolto, è attualmente coinvolto, assieme ad altri istituti del CNR, quali l’ITAE (Istituto di
Tecnologie Avanzate per l’Energia) di Messina e l’ISTEC (Istituto di Scienza e Tecnologia dei materiali Ceramici) di Faenza, ad istituti universitari e ad aziende italiane, in alcuni progetti che promuovono in ambito nazionale lo sviluppo di sistemi SOFC basati su tecnologia italiana ed hanno come obiettivi la sintesi di materiali innovativi e la realizzazione di stack SOFC (circa 500 W) operanti a temperature intermedie, oltre al testing di stack commerciali. Nell’ambito di questi progetti, il gruppo di ricerca in cui questa attività è stata svolta ha orientato le indagini verso la deposizione mediante PVD (Physical Vapor Deposition) di film elettrolitici a base di ceria drogata
con gadolinia (Gadolinia Doped Ceria, GDC) su anodo supportante. La GDC è, infatti, nota come materiale elettrolitico avente buona conducibilità ionica (10-4 ÷ 10-2 S cm-1) nel range di temperaturacompreso tra 400 e 650°C. In questa configurazione di cella si è deciso di impiegare un anodo supportante costituito da un cermet Ni-YSZ, ovvero un composito ceramica-metallo a base
2. Il carbonio
Uno degli elementi più conosciuti, studiati e diffuso.
I suoi composti sono una componente vitale di tutti i sistemi viventi e sono alla
base della chimica organica
grafite
C
diamante
fullerene
nanotubo
2
3. I fullereni
Fullerene deriva del cognome dell'architetto R.B. Fuller, che ha progettato forme
architettoniche analoghe alla struttura della sostanza
È un aggregato costituito da un elevato numero di atomi di carbonio (da 40 a 190
circa) e caratterizzato da un'elevata stabilità.
Le molecole di fullerene, costituite interamente di carbonio, assumono una forma
simile a una sfera cava, di un ellissoide o di un tubolare.
Forma allotropica del Carbonio
3
4. I fullereni
• Harold W. Kroto, Robert F. Curl and Richard E. Smalley vincitori nel 1996 del
premio nobel per la chimica per la “scoperta” dei fullereni nel 1985
• Furono scoperti in seguito a degli esperimenti di vaporizzazione laser di
elettrodi di grafite in condizioni di alto vuoto
• Riuscirono a produrre alcuni femtogrammi di fullerene
• I fogli di grafite (grafene) si riorganizzano in forme sferiche
• Le forme più diffuse sono C60, C70 e C78.
• Il C60 è chiamata anche bucky ball (20 esagoni e 12 pentagoni )
• I pentagoni non si toccano mai e sono i primi a rompersi ad alta temperatura
• Il diametro è di 0.7 nm
• 60 vertici e 32 facce
• Il C60 è color mostarda
• Incredibilmente resistenti!
–
3000 atm!
4
5. Sintesi dei fullereni
• Vaporizzazione ad arco della grafite
• Ablazione laser
• Electron beam
5
6. I nanotubi
Forma cilindrica 1D e sono
costituiti da un corpo a struttura
esagonale come la grafite e da
estremità arrotondate come i
fullereni
NT a parete multipla o MWCNT (Multi-Walled Carbon NanoTube): formato da più fogli
avvolti coassialmente uno sull'altro;
NT a parete singola o SWCNT (Single-Walled Carbon NanoTube): costituito da un singolo
foglio grafitico avvolto su sé stesso
6
7. I nanotubi
Il dibattito è ancora aperto!
• La prima menzione della possibilità di formazione di filamenti di carbonio dalla
decomposizione termica di idrocarburi gassosi (CH4) è stata riportata nel 1889!
• Edison all’esposizione universale di Parigi presentò un brevetto per filamenti
da utilizzare nelle lampade
• La prima immagine TEM dei filamenti (MWCNT) di dimensione nanometrica è
stata pubblicata nel 1952 su Journal of Physical Chemistry of Russia (guerra
fredda e scritto in russo!)
• Nel 1991 Sumio Iijima, ricercatore della
NEC Corporation pubblica
“Helical microtubules of graphitic carbon” su nature
(31176 citazioni)
7
8. I nanotubi
Proprietà
• È stato calcolato che un nanotubo ideale avrebbe una resistenza alla trazione
100 volte più grande di quella di una barretta d'acciaio ma con un peso 6 volte
minore.
• Per portare a rottura un nanotubo di carbonio privo di difetti occorre
spezzare tutti i legami covalenti C-C che lo compongono
• Resistenza specifica il nanotubo è uno dei migliori materiali che
l'ingegneria abbia prodotto.
Modulo di
Young (GPa)
Resistenza a
trazione
(GPa)
Densità
(g/cm3)
MWNT
1200
~150
2.6
SWNT
1054
75
1.3
8
9. I nanotubi
• I SWNT possono assumere comportamento metallico o semiconduttore a
seconda del modo in cui il foglio di grafite è arrotolato a formare il cilindro del
nanotubo.
• Il trasporto elettronico nei SWNT e nei MWNT metallici ha luogo nel senso
della lunghezza del tubo, per cui sono in grado di trasportare correnti elevate
senza surriscaldarsi (fenomeno chiamato conduzione balistica).
• Sensibili alla presenza di intensi campi elettrici.
9
10. Sintesi dei nanotubi
•
Scarica ad
arco
La scintilla viene generata tra due elettrodi di grafite in un reattore sotto
atmosfera di He (600 mbar).
L'anodo presenta buchi riempiti con miscele di metalli catalizzatori (Ni-Co,
Co-Y o Ni-Y) e grafite.
La fuliggine contiene, a seconda dell'elemento che co-evapora, SWNT o
MWNT corti che crescono radialmente dalle particelle del catalizzatore
sviluppandosi a "riccio di mare".
20-100 mg/min - 10-20 instabilità dell’arco
•
•
•
Chemical
Vapor
Deposition
Vaporizzazione
Laser
•
•
Esposizione ad alte temperature di una nanoparticella di metallo liquido
ad una fonte di carbonio. Il carbonio si discioglie su una faccia della
gocciolina e precipita sull'altra faccia, dando luogo a un tubo circolare di
grafite il cui diametro è determinato dalla dimensione della goccia di
metallo.
La sintesi attraverso CVD presenta molti vantaggi, primo fra tutti l'elevata
purezza dei prodotti che si ottengono. Tuttavia le temperature utilizzate,
significativamente più basse se paragonate a quelle dei metodi basati su
laser e scarica ad arco, tendono a produrre nanotubi con strutture di
grafene meno ben definite.
La vaporizzazione laser è un' utile e potente tecnica per produrre
nanotubi a base di carbonio, tecnica in cui un pezzo di grafite viene
vaporizzato in seguito a irraggiamento laser in atmosfera inerte
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11. I nanotubi
Applicazioni
•
Una fibra costituita da nanotubi di carbonio sarebbe quindi non solamente la
più resistente mai fatta, ma addirittura la più resistente che sia possibile fare!
• Nanotubi in un materiale polimerico potrebbe potenzialmente esaltarne la
sua resistenza. Il raggiungimento di tale risultato dipende dalla possibilità di
disperdere uniformemente i nanotubi nella matrice, generare una buona
adesione
• Nanobilance il nanotubo vibrante avrebbe la funzione di molla
• Nanocompositi conduttori In base alla matrice polimerica, si può ottenere
una conducibilità compresa tra 0,01 e 0,1 S/cm con una carica del 5% di
nanotubi
• Sfruttando la capacità di adsorbimento e la capillarità
• Sensori chimici
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12. Il grafene
A. K. Geim & K. S. Novoselov. The rise of graphene. Nature Materials Vol . 6 ,183-191 (2007).
12
13. Il grafene
Il grafene è un materiale costituito da un singolo strato di atomi di carbonio, tutti
ibridizzati sp2, legati da forti legami σ e disposti quindi in modo tale da formare esagoni
con angoli di 120°, con una distanza tra gli atomi pari a 0.142 nm.
E’ il primo vero esempio di materiale cristallino bidimensionale esistente a
13
temperatura ambiente!
14. Aspetto storico
•
Phillip Wallace pubblicò
un lavoro teorico nel
1947
•
Il termine “grafene” è
stato coniato da S.
Mouras nel 1987
•
Isolato e caratterizzato
per la prima da Andrei
Geim e Konstantin
Novoselov, nel 2004
presso l’università di
Manchester
•
Nobel nel 2010
Graphene 4.860.000 risultati su Google
In Europa il futuro si chiama 'Graphene‘! Finanziamento di un miliardo di euro
14
15. Le proprietà del grafene
Proprietà
elettroniche e
di sensing
Proprietà
termiche
Proprietà
meccaniche
Proprietà
ottiche
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16. Le proprietà del grafene
Proprietà
elettroniche e di
sensing
• Elevatissima mobilità elettronica (TPs) ~ 200.000 cm2/(V·s)
• CNT ~ 100.000 cm2/(V·s)
• Capacità di rilevare fino ad una singola molecola di gas NO2
• Relazione di dispersione lineare, tramite una variazione delle
condizioni esterne il livello di Fermi si può muovere
Materiale
Conducibilità elettrica (S·m-1)
Grafene
Argento
~ 108
63.0 × 106
Rame
59.6 × 106
Oro
Alluminio
Acqua di mare
45.2 × 106
37.8 × 106
4.8
Acqua potabile
0.0005 to 0.05
N-Esano
Aria
100 × 10-12
0.3 to 0.8 × 10-14
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18. Le proprietà del grafene
Proprietà
meccaniche
Proprietà
ottiche
Valore del modulo di Young (~1,100 Gpa)
Resistenza a frattura (125 Gpa)
Il grafene monolayer assorbe un valore di luce bianca pari a
πα ≈ 2.3%. In pratica la sua trasmittanza corrisponde al 97.7 %
Deriva dalla particolare struttura elettronica
18
19. La sintesi del grafene
Esfoliazione
in fase liquida
TopDown
Metodi
elettrochimici
Riduzione
dell’ossido di
Grafite
Grafene
BottomUp
Esfoliazione
meccanica
CVD
Liquidi
Ionici
Dispersioni
stabilizzate con
surfattanti
Solventi
organici
Alto-bollenti
Solventi
Basso-bollenti
Thermal
annealing
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20. Esfoliazione meccanica
• Grafite opportunamente tagliata e preparata (HOPG)
• Nastro adesivo ripetutamente piegato su sé stesso e quindi ridisteso più volte per
ripetere l'operazione sui residui che restano attaccati.
• Il nastro viene pressato con grande accuratezza su un substrato opportuno per
depositarvi le lamine e procedere quindi all'analisi di eventuali cristalli di grafene
presenti.
• Il problema, ovviamente, è che i cristalli di grafene
lasciati come residui sul substrato sono circondati
da lamine più spesse di grafite.
• Per individuarli è possibile depositare le lamine su
un substrato, ad esempio di SiO2, dello spessore
opportuno e osservarle al microscopio; in tal
modo le lamine sono visibili in quanto assumono
una colorazione diversa dal substrato sottostante.
20
21. Esfoliazione meccanica
La visibilità è dovuta al fenomeno dell’interferenza all’interno del substrato del SiO2
•Buone proprietà meccaniche, elettriche, termiche e strutturali
•Alta mobilità dei portatori (1000 ÷ 3000cm2/Vs)
•Difficile controllo sulla dimensione dei film ottenuti (5 micron)
•Difficoltà nell’utilizzare questo metodo per la produzione in larga scala
(produzione per laboratorio).
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22. Crescita per deposizione CVD
Esistono tre diversi tipi di tecniche di deposizione:
•CVD termica;
•PECVD : Plasma-enhanced chemical vapor deposition;
•Decomposizione termica su substrati
I substrati (Ni, Cu, Ir, Pt, Ru, Co) svolgono il
ruolo di catalizzatori per la crescita
• Il meccanismo di crescita varia da metallo
a metallo e dipende dalla struttura e dalle
condizioni di crescita
• Possibilità di creare film con geometria
desiderata
• Possibilità di trasferire il grafene cresciuto
su altri substrati
• La CVD sembra essere uno dei meccanismi
di crescita più promettenti per la
produzione del grafene su larga scala
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23. Decomposizione termica di SiC
•Il carburo di silicio è posto in camera da vuoto e portato a T= 1650°C
•Il riscaldamento della superficie del SiC provoca la sublimazione degli atomi del silicio
dal substrato;
•Gli atomo di C rimasti in superficie si riorganizzano;
•Aumentando la temperatura può avvenire la grafitizzazione (formazione piani di
grafene).
•Il controllo della sublimazione porta ad avere strutture che ricoprono un intero wafer
di SiC
•Analisi Raman e STM evidenziano la presenza di piani ruotati l’uno rispetto all’altro e
irruvidimento della superficie che limita l’estensione laterale del layer
Condizioni di crescita:
•Riscaldamento in camera da ultra-alto vuoto (UHV)
•Temperature intorno a 1650°C
•Il riscaldamento in atmosfera controllata consente la formazione di monolayer di
grafene su ampie terrazze di grandezza paragonabile ai wafer
•I piani di grafene ottenuti hanno grande omogeneità
•Mobilità 2000cm2/Vs
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24. Produzione di r-GO
GRAFENE OSSIDO (GO) Metodo di Hummer: connubio di ossidanti: NaNO3 e
KMnO4; come agente disperdente H2SO4
• Il GO puro contiene unicamente carbonio ossigeno e
idrogeno in percentuali variabili
• L'aumento della distanza interlamellare comporta una
diminuzione delle forze attrattive fra le lamelle
accentuata dalla diminuzione delle correnti
elettroniche Il GO è isolante ma si esfolia facilmente
• Il grafene ottenuto è altamente idrofilo e facilmente
esfoliabile in acqua e solventi polari
Per ripristinare almeno in parte la conducibilità elettrica del grafene è necessaria la
riduzione con processo di riduzione chimica, UV o termica
Idrazina N2H4
Vitamina C
Trattamento termico a 800°C in atmosfera inerte
Si ottiene r-GO
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25. Esfoliazione in fase liquida
Sonicazione
Solvente
e grafite
Centrifugazione
Un’ottimizzazione
di questi
parametri può
portare
all’ottenimento
del GRAFENE
Grafene
25
26. Solventi
Addentrarsi all’interno degli strati di grafite
Vincere le forze di van der Waals
Minimizzare l’entalpia di miscelazione
Tensione superficiale
paragonabile a quella del
grafene ∼40mN/m
Utilizzare solventi con
HSP= δD≈18, δP≈10 δH≈7
“Like dissolves like”
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27. Sonicazione e centrifuga
Grafite
E’ necessario fornire
un input energetico
dall’esterno per
favorire l’entrata del
solvente all’interno
degli strati di Grafene
Concentrazione
Grafene
∝ √t
sonicazione
Una frazione di
cristalliti diventa
sempre più
sminuzzata
Importante rimuovere
le cristalliti non
esfoliate con la
centrifugazione
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28. Caratterizzazione
Esistono diverse tecniche per determinare il
numero di strati del grafene prodotto e le
dimensioni dei fiocchi
Microscopia a forza atomica (AFM)
Misura dell’area superficiale
Microscopia elettronica a trasmissione (TEM)
Spettroscopia Raman
Analisi dimensione particelle
Microscopia ottica
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29. Potenziali applicazioni
• Elettronica
• transistor, circuiti integrati, processori, LED
• Ottica
• display, touchscreen
• Energia
• fotovoltaico, accumulatori
• Sensoristica
• Nanocompositi e biomedico
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