Conformazione polimeri

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Albana Toscano
6 anni fa
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1 Conformazione polimeri Random coil <r 2 > ½ 0fθ= l n ½ φ imperturbato r 2 1/ 2 0 = l n 1/ 2 Volume segmenti del polimero <r 2 > ½ = α <r 2 > ½ 0 α dipende dal solvente e dalla temperatura 1/ 2 1/ 2 1 cosθ 1+ cosϕ 1+ cosθ 1 cos ϕ σ ingombro sterico θ θ θ α=1 solvente theta in cui la contrazione dovuta al solvente (povero ) controbilancia l effetto del volume dei segmenti della catena

variazione della velocità f x A τ = = η v z x Liquidi newtoniani Capillari η = ρ k t Misure in

2 Caratterizzazione Viscosimetrica Configurazione e peso molecolare dal comportamento viscoso in solventi diversi Viscosità (assoluta) η Costante di proporzionalità tra sforzo tangenziale τ e variazione della velocità f x A τ = = η v z x Liquidi newtoniani Capillari η = ρ k t Misure in soluzione. Se ρ soluzione ~ρ solvente η rid η η0 = η 0 = t t t 0 0 Viscosimetro di Ubbelohde a liquido sospeso

3 Viscosità intrinseca [ η] = limηrid c 0 gomitolo estesa Mark-Houwink [η]=km a trovo M v = n M i n M i a+ 1 i i 1/ a Teoricamente 0.5<a<2 Sperimentalmente 0.5<a<1 Kirkwood-Riesenman [ η] = Φ r 2 M 1/ 2 3 M n <M v >M w PS in cicloeasano a 34 C solvente theta ricavo <r 2 > ½ 0 dal confronto con il valore in toluene (buon solvente) trovo α Sapendo lunghezza C-C e angolo posso calcolare <r 2 > ½ 0f e quindi anche σ= <r2> ½ 0f/ <r 2 > ½ 0

4 Proprietà elettriche e magnetiche 1. (Misura impedenziometrica della costante dielettrica di polimeri) 2. Misura della resistenza di un metallo e di un semiconduttore in funzione della temperatura 3. Misura della Energy Gap di un semiconduttore 4. Misura dell'effetto Hall in semiconduttori 5. Misura del trasporto dei portatori di carica in un semiconduttore 6. Sintesi dell'ybco e misura della Tc di superconduttività 7. Misura della curva di isteresi magnetica in materiali metallici 8. Misura della suscettività magnetica mediante bilancia di Faraday

5 1. Misura impedenziometrica della costante dielettrica analizzatore di risposta in frequenza

6 2. Misura della resistenza di un metallo e di un semiconduttore in funzione della temperatura L andamento di R con T è critico per la descrizione teorica (come per la capacità termica: violazione della legge di Dulong-Petit a basse temperature equazioni di Debye e Einstein). Modello classico modello quantistico R dipende dalla geometria resistività ρ (conducibilità σ=1/ ρ) ρ (e σ) dipende da (σ =qnμ): concentrazione dei portatori di carica n (e loro segno: elettroni/lacune) loro mobilità μ Modello classico μ 1/ T Modello quantistico μ 1/T Nei metalli n è costante, nei semiconduttori no

7 2. Misura della resistenza di un metallo e di un semiconduttore in funzione della temperatura (segue) Semiconduttori puri n e- E g /2kT Semiconduttori drogati n costante in zona estrinseca (basse temperature) n e- E g /2kT in zona intrinseca (alta temperature) Quindi possibilità di determinare E g Altri meccanismi di trasporto: hopping tra cristalli Es. resistenze classiche a pasta di carbone (policristalli di grafite) ρ diminuisce fino a ~200K (hopping) poi tende a risalire

8 Apparato sperimentale I costante V R

9 3. Misura della Energy Gap di un semiconduttore Effetto fotolettrico interno = promozione di un elettrone in banda di conduzione grazie all assorbimento di un fotone con energia maggiore di E g (formazione coppia elettrone-lacuna) Illuminiamo il campione con luce con energia variabile e misuriamo due effetti quando la energia della luce supera la soglia dell E g 1) aumento conducibilità (diminuzione resistenza) 2) diminuzione luce trasmessa

10 Apparato sperimentale

11 Lock-in (rivelatore a sensibilità di fase) Segnale oscillante (c.a.) sommerso dal rumore Amplificatore operazionale con frequenza di riferimento Filtro RC (passa basso) Segnale pulito

12 4. Misura dell'effetto Hall in semiconduttori Conduttore o semiconduttore percorso da una corrente elettrica immerso in un campo magnetico con direzione perpendicolare Forza di Lorentz r r r F = q v B L d Accumulo di cariche V H E H = v d B

13 4. Misura dell'effetto Hall in semiconduttori (segue) Portatori Metalli: elettroni Semiconduttori puri (intrinseci) Elettroni e lacune con densità uguale (n=p) Semiconduttori drogati drogati N n >> p drogati P p >> n Coefficiente di Hall R H =E H /(J x B)=v d B/(-env d )=-1/(en) [oppure +1/(ep)] (fattore 1.18<r<2 per distribuzione statistica velocità) R H semicond >> R H metalli perché i portatori sono molto meno Allora misurando V H, I x, B e lo spessore t del campione possiamo misurare la concentrazione dei portatori liberi: R H =E H /(J x B)=(V H /s)(bi x /ts)=v H t/(bi x )

14 4. Misura dell'effetto Hall in semiconduttori (segue) Se sono presenti sia elettroni che lacune R H dipende anche dalle rispettive mobilità: R H = 2 2 pμh nηe e( pμ + nμ ) e Un semiconduttore drogato P all aumentare della temperatura può invertire il suo segno perché gli elettroni in zona intrinseca possono diventare molti di più delle lacune b=μ e /μ h >1. h 2 Allora, a T ambiente si possono determinare p e μ h =R H σ [σ=l/(rs)] Dai valori al punto di inversione (R H =0) si possono ricavare il rapporto tra le mobilità, b, e il numero di portatori a quella temperatura. Avendo R(T) possiamo di nuovo trovare E g

15 5. Misura del trasporto dei portatori di carica in un semiconduttore Esperimento di Haynes e Shockley E s

16 6. Sintesi dell'ybco e misura della Tc di superconduttività YBCO = YBa 2 Cu 3 O 7-x superconduttore ad alta temperatura Macinazione+ricottura ad alta temperatura in flusso di ossigeno BISCO (Bi1.6Pb0.6Sr2Ca2Sb0.1Cu3Oy) Effetto Meissner - levitazione magnetica

17 7. Misura della curva di isteresi magnetica in materiali metallici H=nI/s I= corrente N= numero di spire S= lunghezza bobina

18 8. Misura della suscettività magnetica mediante bilancia di Faraday df H x = κ dv H Variazioni di peso apparente x z dovuta alla forza esercitata dal campo magnetico H x in direzione verticale sull elemento di volume dv χ = κ / ρ χ = β Δw/w β calibrazione con sostanza nota

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