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Crescita e caratterizzazione di cristalli

Massimo Moret

La crescita e la caratterizzazione dei cristalli è un aspetto fondamentale per numerosi settori scientifici e tecnologici. La crescita dei cristalli coinvolge numerosi processi chimico-fisici la cui comprensione consente di ottimizzare e controllare i processi di crescita. Lo studio e l’utilizzo di materiali cristallini è ormai largamente diffuso, in sistemi naturali e artificiali.

L’importanza del ruolo ricoperto dai cristalli nella nostra società è evidenziata dalla dichiarazione da parte dell’UNESCO dell’anno 2014 quale “Anno Internazionale della Cristallografia, durante il quale si terranno a livello mondiale numerose celebrazioni e attività divulgative di un campo scientifico e tecnologico ignoto al grande pubblico (www.iycr2014.org e www.cristallografia.org).

Moret

Le attività scientifiche svolte in dipartimento riguardano:

  • la crescita di cristalli da soluzione (ad es. sintesi di polimeri di coordinazione microporosi con comportamento di tipo zeolitico) e lo studio dei  processi che avvengono all’interfaccia cristallo/soluzione, in ambienti naturali, in laboratorio o durante i processi industriali (ad es. la presa dei cementi in presenza di additivi organici)
  • Moret - Figura 1

    Figura 1: cristalli di solfato di potassio cresciuti in presenza di fucsina acida; da a) a c) aumenta la concentrazione di colorante organico, modificando la morfologia dei cristalli.

  • la caratterizzazione delle superfici cristalline in crescita mediante microscopia a scansione di sonda o microscopia ottica in ambiente controllato. La caratterizzazione microscopica in situ consente di osservare e registrare l’evoluzione temporale della microtopografia superficiale e lo studio dei fenomeni cinetici di superficie
  • Moret - Figura 2

    Figura 2: sequenza di immagini con microscopio a forza atomica durante la crescita di un polimero di coordinazione. Le lettere A, B e C indicano tre diverse spirali di crescita interagenti

  • la crescita di cristalli di semiconduttori organici da soluzione, per sublimazione, con trasporto fisico di vapore, metodi solvo termali, seguita dalla caratterizzazione microscopica e dalla diffrazione di raggi X. Lo studio teorico della morfologia cristallina mediante l’analisi delle PBC (Periodic Bond Chains) e delle strutture cristalline (superfici di Hirshfeld e analisi CLP o PIXEL) contribuisce alla comprensione delle interazioni intermolecolari nei cristalli
  • Moret - Figura 3

    Figura 3: la molecola di rubrene e le interazioni intermolecolari rappresentate dalle superfici di Hirshfeld della molecola di rubrene presente nel polimorfo (a) ortorombico, (b) triclino e (c) monoclino.

  • la simulazione con campi di forza empirici di sistemi eteroepitassiali organico-organico con lo scopo di comprendere e prevedere le relazioni epitassiali in film sottili organici depositati su substrati cristallini
  • Moret - Figura 4

    Figura 4: simulazione delle relazioni epitassiali tra isole bidimensionali di rubrene (in rosso) e un cristallo di quatertiofene (in giallo).