Quasicristalli

Nella cristallografia classica un cristallo è definito come una disposizione periodica tridimensionale di atomi con periodicità traslazionale lungo i tre assi principali. 

E’ quindi possibile ottenere una struttura cristallina tramite la trasposizione nello spazio infinitamente estesa allineando di celle unitarie. 

Le normali strutture cristalline possono essere descritte da uno dei 230 gruppi spaziali che descrivono gli elementi di simmetria rotazionale e traslazionale presenti nella struttura. 

Nel 1984, tuttavia, il fisico israeliano Daniel Shechtman pubblicò un documento che segnò la scoperta dei quasicristalli costituiti da leghe intermetalliche, binarie o ternarie, in cui è presente l’alluminio che portò lo scienziato all’ambito Premio Nobel per la Chimica nel 2011.

I quasicristalli furono ottenuti nel corso dei tentativi di rendere amorfa una lega di alluminio e manganese a seguito di fusione e successivo brusco raffreddamento.

La caratterizzazione effettuata tramite un microscopio elettronico a trasmissione evidenziò una figura di diffrazione di ordine 5 ovvero un cristallo bidimensionale con unità di cella di forma pentagonale simmetria non compatibile con gli schemi della cristallografia.

I quasicristalli sono infatti materiali con un perfetto ordine a lungo raggio, ma senza periodicità traslazionale tridimensionale. 

La simmetria di un quasicristallo è abbastanza regolare, ma è solo quasi-periodica infatti traslando il reticolo non si ottiene la coincidenza del cristallo

Poiché i quasicristalli perdono la periodicità in almeno una dimensione, non è possibile descriverli nello spazio 3D con la stessa facilità delle normali strutture cristalline. 

Diventa quindi più difficile trovare formalismi matematici per l’interpretazione e l’analisi dei dati di diffrazione. Per i cristalli normali possiamo assegnare tre valori interi (indici Miller) per catalogare le riflessioni osservabili a causa della periodicità traslazionale tridimensionale della struttura. 

Al fine di assegnare indici interi alle intensità di diffrazione dei quasicristalli, tuttavia, sono necessari almeno 5 vettori linearmente indipendenti. 

Quindi abbiamo bisogno di 5 indici per i quasicristalli poligonali e 6 indici per i quasicristalli icosaedrici che possono essere chiamati indici Miller generalizzati.

Gli n vettori necessari si estendono su uno spazio reciproco. Quindi c’è anche uno spazio diretto nD in cui una struttura può essere costruita che dà origine a un modello di diffrazione così come è osservato per i quasicristalli. 

Nello spazio a dimensioni più elevate possiamo descrivere una struttura quasiperiodica come una periodica. 

Fu solo nel 2009 che il geologo italiano Luca Bindi e il suo team scoprì che i quasicristalli si trovavano anche in natura e rimanevano stabili in tempi geologici.

I quasicristalli possono trovare applicazioni in molti settori tra cui le celle solari che assorbono nella regione dell’infrarosso dello spettro elettromagnetico, rivestimenti antiaderenti e a basso attrito, che sono allo stesso tempo duri, con bassa conduttività termica per applicazioni come strati termoisolanti, materiali compositi a matrice di metallica e polimerica, rivestimenti resistenti all’ossidazione e alla corrosione.

 

 

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Author: Chimicamo

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