Classificazione dei Materiali Ecosostenibili PDF

1. CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI ¤ Materiali metallici ¤ Materiali polimerici ¤ Materiali ceramici ¤ Materiali compositi ¤ Materiali intelligenti ¤ Materiali nanocompositi- Nanomateriali I. MATERIALI METALLICI I metalli sono sostanze inorganich...

1. CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI ¤ Materiali metallici ¤ Materiali polimerici ¤ Materiali ceramici ¤ Materiali compositi ¤ Materiali intelligenti ¤ Materiali nanocompositi- Nanomateriali I. MATERIALI METALLICI I metalli sono sostanze inorganiche composte da atomi di uno o più elementi (Fe, Al, Ti…) che possono però contenere anche alcuni elementi non metallici (C, N, O). ­ Sono composti da un metallo puro o più elementi metallici miscelati tra loro lega. ­ In base alla composizione, vengono suddivisi: in metalli ferrosi (ferro, acciai, ghise) e metalli non ferrosi (alluminio, rame, ottoni…); ­ Il legame metallico caratterizza tutti i materiali di questa classe: in particolare, la presenza di elettroni liberi conferisce loro buone caratteristiche di conduzione sia termica sia elettrica nonché riflettività e lucentezza; ­ Tutti i metalli, con eccezione del mercurio a temperatura ambiente, si presentano allo stato solido; Struttura cristallina: I metalli sono costituiti da atomi che si legano ordinatamente (in modo regolare) nello spazio, a formare reticoli cristallini tridimensionali, caratterizzati dalla presenza di soli legami forti adirezionali (legame metallico). Proprietà: ­ Elevate proprietà meccaniche, dovute al fatto che i legami metallici che determinano la formazione dei reticoli cristallini sono legami forti; ­ Ampia possibilità di deformazione plastica; ­ Comportamento a frattura solitamente di tipo tenace; ­ Conducibilità elettrica e termica elevate, dovute alla mobilità degli elettroni di valenza; ­ Lucentezza legata alle proprietà del legame metallico. Lavorabilità: La presenza di difetti nel reticolo cristallino (dislocazioni) consente lo scorrimento relativo di una parte della struttura cristallina rispetto all’altra, rendendo possibili le lavorazioni per deformazione plastica. II. MATERIALI POLIMERICI I materiali polimerici (o materie plastiche) sono materiali organici composti da moltissime unità (monomeri) a base di atomi di carbonio, che si legano tra loro in modo ripetitivo, tramite legami covalenti. Struttura: ­ I legami che costituiscono la struttura della macromolecola sono covalenti; ­ Le varie macromolecole sono invece legate l'una all'altra da soli legami deboli (Van der Waals). Proprietà: ­ Inerzia chimica e ambientale; ­ Leggerezza (bassa densità); ­ Isolamento termico ed elettrico, in quanto gli elettroni di valenza sono vincolati per formare i legami covalenti; ­ Modeste caratteristiche meccaniche; ­ Rammolliscono a temperature non elevate, e ciò limita notevolmente i campi di temperature di impiego. Lavorabilità: I polimeri possono essere facilmente stampati in forme complesse dopo riscaldamento a temperature relativamente basse. III. MATERIALI CERAMICI I materiali ceramici sono materiali inorganici costituiti da elementi metallici e non metallici legati chimicamente tra loro in rapporti costanti. Fanno parte di questa famiglia i ceramici tradizionali (argille, porcellane), i ceramici avanzati (composti puri quali allumina, zirconia, nitruro di silicio,...) adatti per applicazioni ad elevata temperatura (>1000 °C), i vetri e i cementi. Struttura: I materiali ceramici sono costituiti da una sequenza ordinata nello spazio di elementi metallici ed elementi non metallici in rapporto costante (ossidi, carburi o nitruri). ▪ eccezione il vetro, che presenta una struttura disordinata amorfa; Proprietà: ­ Elevata resistenza meccanica a compressione, bassa resistenza a trazione; ­ Elevato isolamento termico ed elettrico; ­ Elevata inerzia chimica e resistenza alle alte temperature; ­ Comportamento a frattura di tipo fragile; ­ Chimicamente inerti anche in ambienti aggressivi (non si ossidano). Lavorabilità: ­ I materiali ceramici non possono essere deformati plasticamente. È possibile impartire loro una forma solo durante il processo produttivo prima della cottura; ­ I vetri possono essere formati con tecnologie convenzionali a elevate temperature. IV. MATERIALI COMPOSITI I compositi sono sistemi eterogenei, costituiti da una matrice di tipo ceramico, polimerico o metallico in cui si trova dispersa una seconda fase, dotati di proprietà che non possono essere garantite dai singoli costituenti. Si classificano anche a seconda della seconda fase: ­ compositi rinforzati con fibre (lunghe o corte) ­ compositi rinforzati con particelle.  V. MATERIALI INTELLIGENTI (smart materials) Materiale che all’applicazione di un campo di sollecitazioni esterne risponde con il cambiamento di una o più sue proprietà. Gli stimoli esterni possono essere forze meccaniche, temperatura, umidità, pH, campo elettrico o magnetico. ­ Materiali piezoelettrici: si deformano se sottoposti a una tensione elettrica. ­ Leghe e polimeri a memoria di forma: dopo essere stati deformati, possono ritornare alla forma iniziale se scaldati. ­ Materiali cromici: cambiano colore se sottoposti a cambiamenti termici, ottici o elettrici. ­ Materiali auto-riparanti: hanno la capacità di recuperare piccoli danni dovuti all'utilizzo comune, aumentando la durata. VI. MATERIALI NANOCOMPOSITI (nanomateriali) Fino a 10.000 volte più piccoli della larghezza di un capello umano. «Un materiale naturale, casuale o prodotto contenente particelle, in uno stato slegato o come aggregato o come agglomerato e dove, per il 50% o più delle particelle nella distribuzione delle grandezze numeriche, una o più dimensioni esterne sono nell'intervallo di grandezza 1 nm – 100 nm.» Commissione Europea, 2011. 2. PROPRIETÀ DEI MATERIALI Chimico-Fisiche Meccaniche Tecnologiche ­ Colore ­ Durezza ­ Malleabilità ­ Temperatura di fusione ­ Elasticità ­ Duttilità ­ Peso specifico ­ Tenacità ­ Fusibilità ­ Conducibilità termica ­ Plasticità ­ Temprabilità ­ Conducibilità elettrica ­ Resistenza all’usura ­ Saldabilità ­ Resistenza alla corrosione ­ Resistenza meccanica dipendono indicano indicano dalla natura degli elementi la resistenza meccanica l’attitudine dei materiali a costituenti il materiale e dei materiali sottoposti a farsi lavorare 1. SOLIDI-MATERIALI dalla loro struttura sollecitazioni esterne Struttura dei materiali: MATERIALE ATOMI MOLECOLE MATERIA Tutto ciò che ha massa può presentarsi in diversi stati (gas, liquido, solido) a seconda del modo in cui gli atomi e le molecole sono legati tra loro. Proprietà dei solidi: ­ Hanno un volume e una forma propria; ­ Hanno elevata densità; ­ Sono incomprimibili; ­ Possono avere una struttura particellare ordinata o amorfa; ­ Hanno un comportamento rigido. Struttura: In un solido le particelle sono molto vicine e vincolate tra loro con forze intermolecolari, che prevalgono sull’agitazione termica. ❖ Questo impedisce loro di muoversi e rimangono fissi in una struttura tridimensionale Cristallina: ordinata a livello molecolare. ❖ Amorfa: se la struttura non regolare o molto disordinata. ❖ Semicristallina. STRUTTURA CRISTALLINA In una struttura cristallina gli atomi o i gruppi di atomi sono disposti nello spazio in modo ordinato e ripetitivo. Hanno struttura cristallina, ad esempio, gran parte dei materiali metallici (caratterizzati dalla presenza di legame metallico) e i materiali ceramici (caratterizzati dalla presenza di legami ionici o covalenti). I legami che caratterizzano i materiali cristallini sono di tipo forte, questo comporta un elevata resistenza alle sollecitazioni. Differenza tra le strutture cristalline dei metalli e quelle dei ceramici: ­ Reticolo cristallino metallico: può essere facilmente deformato (es. deformità plastica), grazie alla presenza di particolari difetti reticolari detti dislocazioni, poiché si può verificare lo scorrimento progressivo che consente la rottura e la riformazione di pochi legami per volta. ­ Reticolo cristallino dei materiali ceramici: costituito da legami ionici o covalenti, è invece tale da non consentirne la deformazione. STRUTURA AMORFA In una struttura amorfa i gruppi di atomi o molecole si dispongono nello spazio in modo disordinato, anche se al loro interno sono uniti da legami forti. Poiché in questo caso i legami tra i vari gruppi di atomi o le varie macromolecole sono deboli, le caratteristiche meccaniche sono inferiori rispetto a quelle che si hanno in presenza di strutture cristalline. Presentano struttura amorfa i vetri (i polimeri amorfi nello stato vetroso hanno comportamento fragile) e alcuni polimeri. STRUTTURA SEMICRISTALLINA La struttura cristallina e la struttura amorfa possono coesistere, come in molti materiali polimerici, e in tal caso si parla di struttura semicristallina. ln questi polimeri, parte delle macromolecole sono disposte in modo disordinato (amorfa) e parte si dispone in modo ordinato (cristallino). Esistono materiali polimerici completamente amorfi, invece nessun materiale polimerico è completamente cristallino. Le zone cristalline presentano una temperatura di fusione superiore rispetto alla temperatura di rammollimento delle zone amorfe. I polimeri semicristallini mostrano anche una minore tendenza al comportamento fragile, cosa che invece caratterizza buona parte dei polimeri amorfi nello stato vetroso. SOLIDI CRISTALLINI Esistono solidi cristallini costituiti da atomi (diamante, grafite, silice, ecc.), da ioni (es. cloruro di sodio, costituito da ioni Na+ e Cl-) o da molecole (ghiaccio). Nel primo caso (solidi reticolari o covalenti) i nodi reticolari sono occupati da atomi (uguali o diversi) legati tra loro da legami covalenti; poiché i valori delle energie di tali legami sono di norma assai elevati, in questa classe si trovano sostanze con elevatissime temperature di fusione, dure, rigide e fragili, con notevoli proprietà isolanti (sia termiche che elettriche), perché gli elettroni, tutti impegnati nei legami covalenti, non sono mobili entro il cristallo. Un solido cristallino è infatti formato dal ripetersi sistematico nelle tre direzioni di una medesima unità fondamentale (cella elementare), che forma così un reticolo spaziale. Le particelle che costituiscono il solido si muovono con moto oscillatorio attorno ad un punto (nodo reticolare) che viene assunto come rappresentativo della posizione della particella nel reticolo cristallino. reticolo spaziale Se nello stato gassoso la distribuzione delle molecole raggiunge il più alto grado di disordine, nello stato solido cristallino la distribuzione delle particelle costitutive realizza il massimo grado di ordine. Un cristallo è un corpo solido delimitato da facce regolari e simmetriche, che sono la manifestazione macroscopica dell’ordine interno. cella elementare SISTEMI CRISTALLINI I 14 reticoli fondamentali di Bravais, raggruppati secondo i 7 sistemi cristallografici: ­ cubico ­ tetragonale ­ romboedrico ­ esagonale ­ ortorombico ­ monoclino ­ triclino Cella unitaria cubica a=b=c α = β = γ = 90° semplice a facce centrate a corpo centrale Cella tetragonale a =b ≠ c α = β = γ = 90° semplice a corpo centrale Cella ortorombica a≠b≠c α = β = γ = 90° semplice a basi centrate a facce centrate a corpo centrale Cella romboedrica a =b = c α = β = γ ≠ 90° semplice Cella esagonale a≠b≠c α = β = 90° γ = 120° semplice Cella monoclina a≠b≠c α = β = γ = 90° semplice a basi centrate Cella triclina a≠b≠c α = β = γ = 90° semplice PRINCIPALI STRUTTURE CRISTALLINE ELEMENTARI METALLICHE Il 90% dei metalli ha struttura cristallina Cubica a Corpo Centrato (CCC), Cubica a Facce Centrate (CFC) o Esagonale Compatta (EC). Durante la cristallizzazione, quando gli atomi si avvicinano e si legano strettamente tra loro viene rilasciata energia. Struttura Cristallina Cubica a Corpo Centrato (CCC) Rappresentazioni diverse della cella elementare Cubica a corpo centrato (CCC): disposizione cella atomica elementare della cella elementare isolata cella elementare a sfere rigide Il cromo (Cr), il ferro (Fe), il tungsteno (W) e il tantalio (Ta) sono esempi di metalli con strutture cristalline CCC. Le celle unitarie CCC sono identificate in modo univoco da una costante reticolare a. Nella cella unitaria: le lunghezze assiali sono uguali a = b = c gli angoli intraassiali α = β = γ sono di 90° N. di atomi nell’intorno di ogni atomo = 8 N. atomi/cella elementare = 1 (al centro) + 8 x 1/8 (agli spigoli) = 2 volume degli atomi della cella elementare 4/3 π R3 x 2 Fattore di compattazione atomica (FCA) = = = 0,68 volume della cella a3 elementare Quindi il 68% del volume della cella unitaria CCC è occupato da atomi e il restante 32% è spazio vuoto. Struttura Cristallina Cubica a Facce Centrate (CFC) Alluminio (Al), Rame (Cu), Nichel (Ni) e Oro (Au) sono esempi di metalli con strutture cristalline CFC. Le celle unitarie CFC sono identificate in modo univoco da una costante reticolare a. disposizione cella atomica elementare della cella isolata elementare cella elementare a sfere rigide Nella cella unitaria: le lunghezze assiali sono uguali a = b = c gli angoli intraassiali α = β = γ sono di 90° N. di atomi nell’intorno di ogni atomo = 12 N. atomi/cella elementare = 1/2 x 6 (alle facce) + 8 x 1/8 (agli spigoli) = 4 volume degli atomi della cella elementare 4/3 π R3 x 4 Fattore di compattazione atomica (FCA) = = = 0,74 volume della cella a3 elementare Quindi il 74% del volume della cella unitaria CFC è occupato da atomi e il restante 26% è spazio vuoto. Struttura Esagonale compatta (EC) Cadmio (Cd), Zinco (Zn), Titanio (Ti) e Magnesio (Mg) sono esempi di metalli con strutture cristalline EC. Le celle unitarie EC sono identificate in modo univoco da costanti reticolari a e c e dagli angoli interassiali α, β, γ. disposizione atomica cella della cella elementare elementare isolata Nella cella unitaria: cella elementare a sfere rigide  le lunghezze assiali sono uguali a = b ≠ c gli angoli intraassiali α = β = 90°; γ = 120° N. di atomi nell’intorno di ogni atomo = 12 N. atomi/cella elementare = 1/2 x 2 (alle basi) + 12 x 1/6 (agli spigoli) + 3 (all’interno) = 6 4(1/6) nelle posizioni "1" + 4(1/12) nelle posizioni "2" volume degli atomi della cella elementare Fattore di compattazione atomica (FCA) = = 0,74 volume della cella elementare Quindi il 74% del volume della cella unitaria. CFC è occupato da atomi e il restante 26%. è spazio vuoto. SOLIDIFICAZIONE DEI METALLI Fusione del metallo per ottenere prodotti finiti e semilavorati Due stadi di solidificazione ­ Nucleazione: formazione di nuclei stabili ­ Crescita dei nuclei per formare cristalli: formazione dei GRANI Dai gradienti termici, e quindi dalla velocità di solidificazione, dipende la forma e la dimensione dei grani. STRUTTURA MONOCRISTALLINA STRUTTURA POLICRISTALLINA Più punti di nucleazione. La dimensione dei grani cristallini influenzano le proprietà plastiche del materiale. STRUTTURA DEI MATERIALI La materia allo stato solido è caratterizzata da una forma e da un volume proprio ed è sostanzialmente incomprimibile. ­ STRUTTURA CRISTALLINA= STRUTTURA ORDINATA Le particelle costituenti, atomi, ioni, molecole, sono disposte nello spazio in maniera regolare e periodica (metalli e ceramici). Le loro proprietà dipendono dalla direzione lungo la quale vengono misurate e sono, per questo motivo, detti ANISOTROPI. ­ STRUTTURA AMORFA= STRUTTURA DISORDINATA Le particelle costituenti sono disposte secondo un certo ordine a corto raggio (su scala atomica) ma è assente un ordine a lungo raggio (vetri, polimeri). Le loro proprietà non dipendono dalla direzione lungo la quale vengono misurate e vengono, per questo motivo, detti ISOTROPI. I cristalli sono intrinsecamente anisotropi, perché la periodicità delle posizioni reticolari è diversa a seconda della direzione. Pertanto le loro proprietà fisiche variano con la direzione. Gli aggregati di microcristalli (metalli, granito ecc.) risultano isotropi su scala macroscopica, perché i microcristalli o grani sono orientati in ogni modo possibile. I materiali amorfi (vetri e la maggior parte dei polimeri) sono sempre isotropi perché il disordine molecolare è statisticamente riproducibile in ogni direzione. Il materiale polimerico opaco ha struttura cristallina, mentre quello trasparente ha struttura amorfa. POLIMORFISMO O ALLOTROPIA Il polimorfismo o l’allotropia consiste nel fatto che molti elementi e composti in differenti condizioni di temperatura e pressione esistono in più di una forma cristallina. Posizioni Atomiche nelle Celle Unitarie Cubiche Il sistema di coordinate cartesiane è usato per individuare gli atomi In una cella unitaria cubica l’asse y è la direzione verso destra. l’asse x è la direzione che esce dal foglio. l’asse z è la direzione verso l’alto. le direzioni negative sono in direzione opposta a quelle positive. Le posizioni atomiche sono individuate utilizzando le distanze unitarie lungo gli assi. Direzioni nelle Celle Unitarie Cubiche Nei cristalli cubici, gli indici di direzione sono componenti di vettoriali delle direzioni scomposti lungo ciascun asse, risolte ai più piccoli interi. Gli indici di direzione sono coordinate di posizione di cella unitaria dove il vettore di direzione emerge dalla superficie della cella, convertita ad interi. Indici di Direzione – Esempio Determinare gli indici di direzione di un dato vettore. Le coordinate di origine sono (3/4, 0, 1/4). Le coordinate di arrivo sono (1/4, 1/2, 1/2). Sottraendo le coordinate di arrivo a quelle di origine: ­ x=1/4-3/4=-1/2 ­ y=1/2-0=1/2 ­ Z=1/2-1/4=1/4 Moltiplicando _ per 4 in modo da convertire tutte le frazioni in numeri interi, abbiamo gli indici di direzione che sono [2 2 1]. _ Con vettori di direzione negativi, bisogna mettere un – sull’indice negativo (es. [2 2 1]). Indici di Miller Gli indici di Miller sono utilizzati per riferirsi a piani di atomi di uno specifico reticolo cristallino Sono i reciproci delle frazioni delle intercette del piano con gli assi cristallografici x, y, z dei tre spigoli non paralleli della cella cubica unitaria Indici di Miller – Esempi ­ Diagrammare il piano (101) Prendendo i reciproci degli indici, si ottiene (1 ∞ 1) Le intercette del piano sono: x = 1, y = ∞ (parallelo a y) e z = 1 ­ Diagrammare il piano (2 2 1) Prendendo i reciproci degli indici, si ottiene (1/2 1/2 1) Le intercette del piano sono: x = 1/2, y = 1/2 e z = 1 _ ­ Diagrammare il piano (110) I reciproci sono (1 -1 ∞) Le intercette sono x = 1, y = -1 e z = ∞ (parallela all’asse z) Spazio interplanare Lo spazio interplanare tra piani paralleli vicini con gli stessi indici di Miller sono dati da Dove: ­ dhkl= distanza interplanare tra piani paralleli vicini con indici di Miller h,k,l. ­ a= costante reticolare ­ h,k,l=indici di Miller dei piani dei cubi in esame Esercizi 1. Disegnare i seguenti piani cristallografici nelle celle elementari cubiche. a) (1 0 1) b) (1 1 0) c) (2 2 1) 2. Il rame ha una struttura CFC e una cella elementare con una costante reticolare a=0.361 nm. Determinare la distanza interplanare d220. Densità di Volume Densità di volume del metallo utilizzando il modello delle sfere rigide e i valori del raggio atomico ottenuti mediante diffrazione dei raggi X Massa/Cella unitaria v= Volume/Cella unitaria Densità Atomica Planare Densità atomica planare: densità atomica sui vari piani cristallini Numero equivalente di atomi i cui centri sono intersecati da un’area selezionata p= Area selezionata Densità Atomica Lineare Densità atomica lineare: densità atomica lungo diverse direzioni delle strutture cristalline Numero di diametri atomici intersecati da una linea di lunghezza nota nella direzione di interesse l= Lunghezza della linea selezionata Esercizi 1. Il rame ha una struttura cristallina CFC e un raggio atomico di 0.1278 nm. Assumendo che gli atomi siano delle sfere rigide che si toccano l’una all’altra lungo la diagonale della faccia elementare CFC, calcolare il valore teorico della densità del rame in Mg/m3. La massa atomica del rame è 63.54 g/mole. 2. Calcolare la densità atomica planare sul piano (110) di ferro-α del reticolo CCC in atomi per mm2. La costante per il reticolo ferro-α è 0.287 nm. Distanze reticolari (d) Dato un certo reticolo spaziale, è possibile individuare diversi piani reticolari, ciascuno dei quali è caratterizzato da una certa densità di particelle (M, R, T). La distanza (d) fra i piani reticolari tra loro paralleli ha un valore costante e varia passando da una serie di piani ad un’altra. Ogni prodotto solido cristallino è caratterizzato dall’avere una serie di distanze reticolari (d1, d2, d3, d4, ecc.) che sono tipiche di quel prodotto. Questa serie di valori d 1, d2, d3, d4, ecc. è una sorta di impronta digitale di un determinato prodotto cristallino, poiché due distinti prodotti solidi potranno avere al massimo due o tre distanze reticolari simili o uguali, ma non tutte le distanze coincidenti tra loro. Diffrazione a raggi X: determinazione delle strutture e legge di Bragg I raggi X sono una forma di radiazione elettromagnetica ad alta energia e lunghezze d’onda (λ) corte, cioè λ è dell’ordine degli spazi interatomici all’interno dei solidi. Quando un fascio di raggi X colpisce un solido cristallino, possono essere prodotti dei picchi di diffrazione di varia intensità. Diffrazione a raggi X Riflessione di un fascio di raggi X sui piani (hkl) di un cristallo: (a) per un angolo di incidenza arbitrario non viene prodotto nessun raggio riflesso; (b) per un angolo di incidenza  che soddisfa la legge di Bragg i raggi riflessi sono in fase e si rinforzano; (c) simile a (b), solo che la rappresentazione dell’onda è stata omessa. Diffrattogramma del cloruro di sodio (NaCl) Dai valori degli angoli corrispondenti ai picchi si risale ai relativi valori delle distanze reticolari; tramite il confronto con valori tabulati è poi possibile riconoscere il composto. Diffrattometria a raggi X Poiché le distanze reticolari sono caratteristiche di ogni composto, data una miscela di sostanze solide cristalline, la diffrattometria a raggi X permette di individuare con estrema precisione quali siano i singoli composti. Difetti cristallini e scorrimento dei cristalli Difetti cristallini Nessun cristallo è perfetto: i cristalli contengono quasi sempre imperfezioni Le imperfezioni possono essere di natura diversa, ma comunque si tratta di zone più o meno estese in cui viene meno la periodicità della struttura complessiva. I difetti influenzano le proprietà meccaniche, le proprietà chimiche e quelle elettriche I difetti cristallini possono essere classificati come: difetti di punto/zero dimensioni; difetti di linea (dislocazioni)/monodimensionali; difetti di superficie/bidimensionali; difetti tridimensionali (cricche). Esempi di difetti di punto Difetti di Punto – Vacanze La vacanza è formata dall’assenza di un atomo La vacanza si forma (una su 10.000 atomi, nei metalli) durante la solidificazione oppure a causa della mobilità/diffusione (movimento) degli atomi Causata anche da deformazione plastica, raffreddamento rapido o bombardamento di particelle Le vacanze sono difetti di equilibrio nei metalli, e la loro energia di formazione è circa 1 eV Le vacanze possono spostarsi attraverso il reticolo; un processo molto importante per la diffusione dello stato solido. Difetti di Punto – Interstiziali Gli atomi in un cristallo, talvolta, occupano un sito interstiziale Non avviene naturalmente Può essere indotto da irraggiamento Questo difetto determina una distorsione strutturale Difetti di Punto nei Cristalli Ionici I difetti puntuali nei cristalli ionici sono complessi poiché deve essere mantenuta la neutralità elettrica. Ci sono due tipi: Imperfezione di Scohttky - Se mancano due particelle di carica opposta, viene creata una bivacanza catione-anione. Imperfezione di Frenkel - Creata quando un catione si sposta in un sito interstiziale, a cui non appartiene. La presenza di questi difetti nei cristalli ionici aumenta la loro conduttività elettrica. Difetti di Linea – Dislocazioni Le dislocazioni creano distorsioni reticolari che sono centrate attorno a una linea, quindi classificate come difetti di linea. Formati durante ­ solidificazione ­ deformazione permanente ­ condensazione di vacanze Differenti tipi di difetto di linea: ­ dislocazione a spigolo ­ dislocazione a vite ­ dislocazione mista Dislocazione a spigolo Si formano quando un semipiano extra di atomi viene inserito nel reticolo (di solito durante la solidificazione). La distanza di scostamento degli atomi attorno alle dislocazioni è detta vettore di Burgers ed è perpendicolare alla linea della dislocazione a spigolo. Il vettore di Burgers mostra lo scorrimento di atomi (slittamento). Regione di sollecitazione di compressione (C) al di sopra della T invertita e di sollecitazione di trazione (T) al di sotto di essa. Dislocazione a vite Formata dagli sforzi di taglio applicati a regioni di un cristallo perfetto separato da un piano di taglio. Ciò si traduce in una distorsione del reticolo sottoforma di una rampa a spirale Dislocazione a vite. A differenza della dislocazione a spigolo, il vettore di Burgers è parallelo alla linea di dislocazione. Dislocazione mista La maggior parte dei cristalli hanno componenti di entrambi i tipi di dislocazione. La dislocazione assomiglia a una dislocazione a spigolo su una faccia e lentamente si trasforma in una dislocazione a vite. La dislocazione, avendo una disposizione atomica irregolare, apparirà come linee scure quando osservata al microscopio elettronico a trasmissione. Difetti Planari Bordi di grano, geminati, bordi a basso/alto angolo, difetti di impilamento sono classificati come difetti planari o bidimensionali. Anche l’energia libera di superficie è un difetto: legata ad atomi su una sola parte e quindi maggiore stato energetico e quindi maggiore reattività. I nanomateriali hanno piccoli gruppi di atomi e quindi sono altamente reattivi. Bordi di grano ­ I bordi di grano separano i grani ­ Formati dalla crescita simultanea di cristalli che si incontrano ­ Larghezza = 2-5 diametri atomici ­ Alcuni atomi nei bordi di grano hanno maggiore energia ­ Limitano il flusso plastico e prevengono il movimento delle dislocazioni Bordi di Geminati ­ Geminato: regione nella quale si ha l’immagine speculare della struttura dall’altra parte del bordo ­ Formati durante la deformazione plastica e la ricristallizzazione quando gli atomi si riposizionano in un atomo deformato ­ Rafforza il metallo