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Superconduttività nei Materiali Fullerenici

Informazioni tesi

  Autore: Dario Schiano Moriello
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2011-12
  Università: Università degli Studi di Napoli - Federico II
  Facoltà: Scienza e Ingegneria dei Materiali
  Corso: Ingegneria industriale
  Relatore: Mauro Causà
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 51

Il fenomeno della superconduzione è osservabile in numerosi classi di materiali: tra queste i più comuni sono elementi metallici, leghe, materiali ceramici. L’intervallo delle temperature di transizione fino ad oggi ottenute varia da 90.0 K per il composto YBa2Cu3O7 (YBCO) fino a 0.001 K per l’elemento Rh. Alcuni materiali diventano superconduttori solo in condizioni di alta pressione, per esempio il Si superconduce per P=165 kbar con TC=8.3 K.
I fulleruri sono i composti organici con la più elevata temperatura critica, e se confrontati con tutti gli altri materiali, sono secondi soltanto agli ossidi del rame.
I composti più interessanti di questa categoria finora scoperti sono RbCs2C60 (TC=33 K), Cs3C60 (TC=40 K in condizioni di alta pressione) e (NH3)4Na2CsC60 (TC=30 K).
Quando la fullerite è intercalata con atomi di metalli alcalini, si ha la superconduttività solo per sistemi trivalenti, dotati di struttura fcc, ma i materiali che soddisfano queste proprietà presentano una temperatura di transizione talvolta superiore ai 30 K. Quando la fullerite è invece intercalata con atomi di metalli alcalino-terrosi o delle terre rare, si incontrano condizioni meno restrittive, compatibili con diversi valori della valenza molecolare e con diverse strutture cristalline, tuttavia in tal caso la temperatura critica è sempre inferiore ai 10 K. Da questa considerazione, quindi, i fulleruri classificati in due classi, i sistemi t1u e t1g. Per questi materiali si osserva generalmente un andamento crescente della temperatura di transizione con il parametro reticolare. Tale comportamento suggerisce un metodo chimico per l’aumento della temperatura critica tramite l’intercalazione di molecole elettricamente neutre.
Il carattere isolante di alcuni fulleruri è legato a due cause principali: la prima, relativa in particolar modo ai composti intercalati con ammoniaca, deriva da un aumento eccessivo del parametro reticolare per il quale non si ha più la sovrapposizione degli orbitali molecolari; la seconda, comune a tutti i fulleruri, è relativa alla distorsione del reticolo dalla simmetria fcc, che comporta la localizzazione delle cariche elettriche e la diminuzione della degenerazione delle bande di conduzione, che non risultano più semioccupate.

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4 1 – Introduzione: il fullerene I fullereni sono una famiglia di materiali le cui molecole sono costituite interamente da atomi di carbonio legati covalentemente nella forma di sfere cave o tubi. Fino al XX secolo si è rite- nuto che il carbonio avesse soltanto due forme allotropiche: il diamante (un materiale duro, isolante elettrico e trasparente) e la grafite (un materiale tenero, conduttivo e scuro); tutta- via grazie alla facilità d’ibridazione si è scoperto che il carbonio può trovarsi in una moltitu- dine di forme di cui le più famose, oltre a quelle già citate, sono il carbonio amorfo, la lonsdaleite (diamante esagonale) e i fullereni. Ibridazione Materiale Sp3 Diamante (cubico), Lonsdaelite (diamante esagonale) Sp2 Grafite, Grafene, Fullerene, Carbonio vitreo Sp Catena acetilenica lineare Mista Sp2/Sp3 Carbonio amorfo, Nanoschiuma di carbonio Altre Carbone attivo, Nero di carbone, Fibra di carbonio, Superdiamante Esistono sostanzialmente tre tipi di fullereni, in funzione della loro struttura:  Buckyball – dalla forma di sfere cave;  Buckytube – meglio noti semplicemente come nanotubi di carbonio;  Buckyonion – dalla forma di sfere cave concentriche, stratificate. In questo elaborato sarà discussa soltanto la tipologia delle buckyball, cui ci riferiamo per semplicità con il termine fullereni. Il capostipite di questa famiglia, nonché il primo a essere scoperto e il più diffuso e stabile di questi materiali, è il buckminsterfullerene, di formula chimica C 60 . Esso fu sintetizzato per la prima volta casualmente da Richard Smalley, Robert Curl e Harold Kroto nel 1985 in un esperimento che tentava di riprodurre delle molecole di carbonio e azo- to osservate, nella forma di lunghe catene, nei gas interstellari e nell’atmosfera di alcune stelle. [1][2] Ogni molecola di buckminsterfullerene contiene 60 atomi di carbonio legati covalentemente con ibridazione sp 2 per formare 20 anelli esagonali e 12 anelli pentagonali. La molecola as- sume così la geometria di un icosaedro troncato con un diametro di circa 1.01 nm, mentre la

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Parole chiave

superconduttività
fullerene
c60
materiali fullerenici
fullerite

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