analisi di superfici frattali mediante misure di adsorbimento

ANALISI DI SUPERFICI FRATTALI MEDIANTE MISURE DI
ADSORBIMENTO
Relatore:
Prof. Mistura Giampaolo
Correlatore:
Dott. Pierno Matteo
Laureando:
Benetti Giovanni
Anno accademico 2010-2011
Indice
Introduzione
3
1 Adsorbimento e superfici frattali
5
1.1 Adsorbimento e isoterme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.2 Le superfici frattali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
1.3 Il metodo BET (Brunauer, Emmett, Teller) . . . . . . . . . .
9
2 Apparato e tecniche di raccolta delle misure
11
2.1 Microbilancia a cristallo di quarzo . . . . . . . . . . . . . .
11
2.2 Criogenia e temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
3 Campioni e metodo di analisi
17
3.1 Campioni analizzati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
3.2 Dati raccolti e correzioni apportate . . . . . . . . . . . . . .
20
3.3 Analisi dei campioni tramite BET . . . . . . . . . . . . . . .
21
Conclusioni
23
Appendice A: Software di analisi dati
25
Bibliografia
29
Introduzione
L'adsorbimento è un processo nel quale delle particelle dalla fase gassosa aderiscono ad una
superficie solida e trova svariate applicazioni, dalle catalisi alle deposizioni. In tutte queste
applicazioni, un parametro chiave è determinare l'area delle superfici esposte del substrato. Il
metodo più comune consiste nel misurare delle isoterme di adsorbimento, ossia delle curve
rappresentanti la quantità adsorbita in funzione della pressione p del vapore in equilibrio col
film adsorbito. Il seguente lavoro di tesi si pone come obiettivo quello dell'analisi di alcuni
campioni di titania con superfici frattali tramite l'adsorbimento di argon ad una temperatura di 85
K.
Verranno descritti i modelli teorici utili per l'analisi dei dati e il loro utilizzo per lo studio delle
proprietà di alcuni campioni prodotti nei laboratori di fasci molecolari a Milano. Dettagli sulle
apparecchiature utilizzate saranno spiegati assieme agli accorgimenti utili per eliminare il
contributo di alcuni fenomeni fisici indesiderati dai dati.
L'analisi dei dati verrà effettuata tramite il un programma realizzato "ad hoc" su piattaforma VI, di
cui verranno elencati i dettagli tecnici principali.
Nel primo capitolo verrà descritto il fenomeno dell'adsorbimento e la classificazione delle isoterme
d'adsorbimento che dipende dalla tipologia del substrato. Verrà inoltre introdotto un modello
capace di spiegare il fenomeno analizzato (metodo BET) e le relative equazioni [1] che permettono
lo studio quantitativo dell'adsorbimento. Nel secondo capitolo verranno invece spiegate le tecniche
e gli apparati strumentali utili per la raccolta dei dati. Nello stesso capitolo saranno riportate due
equazioni che permettono di eliminare il contributo dell'attrito viscoso del vapore presente nella
camera di misura [2] e la variazione di frequenza di risonanza dovuta alla pressione idrostatica nel
cristallo di quarzo [2]. I risultati e l'analisi dei dati raccolti sarà illustrata nel terzo capitolo.
L'appendice A riporta l'interfaccia grafica (front panel) del programma sviluppato e la relativa
struttura del codice.