Capillary condensation in nanostructured surfaces

Il tema di questa tesi è lo studio dello studio dei fenomeni di condensazione capillare in superfici nano strutturate. La motivazione principale a sostegno di questo lavoro è la verifica di recenti teorie che descrivono il riempimento di capillari chiusi ad una estremità. Le isoterme di assorbimento dell’argon sono state misurate a temperature leggermente superiori al suo punto triplo con l’uso di una micro bilancia torsionale. Un elemento chiave per questo tipo di esperimenti è la disponibilità di superfici strutturate con una distribuzione periodica di elementi regolari (ad esempio canali rettangolari o cavità cilindriche). Per costruire substrati di questo genere, è stato necessario sviluppare una metodologia fabbricativa innovativa, basata su tecniche di litografia avanzata. La metodologia ottimizzata si basa sulla cosiddetta nanoimprint lithography (NIL), su etching in ambiente liquido (uso di soluzioni BOE per l’etching di ossido di silicio) ed etching con uso di plasma gassosi in macchine di tipo ICP (Inductively Coupled Plasma). Con il nostro processo siamo in grado di strutturare superfici con area di estensione fino a 1 cm2 con distribuzione regolare di canali a sezione rettangolare o cavità di forma emisferica, entrambi con dimensioni caratteristiche nel range dei nanometri. In particolare abbiamo realizzato canali di due differenti larghezze (90 e 200 nm) e profondità caratteristica variabile tra 0:5 e 2 µm. Isoterme di adsorbimento misurate con questo tipo di campioni mostrano transizioni nette e reversibili correlabili con la condensazione capillare di argon liquido. La posizione di queste transizioni varia col variare della larghezza dei canali: canali più larghi evidenziano una transizione più vicina alla condensazione liquido-vapore in fase bulk. L’analisi quantitativa di questi risultati, in termini della classica equazione di Kelvin, mostra previsioni in buon accordo con la caratterizzazione diretta dei campioni tramite immagini al SEM. La definizione precisa del profilo della parete del canale è ancora sotto analisi per la conferma delle previsioni teoriche. La fabbricazione dei campioni è stata condotta presso il laboratorio nazionale TASC-INFM in Trieste sotto la supervisione del Dr. Massimo Tormen, mentre la misurazione delle isoterme di adsorbimento è stata condotta nel laboratorio del Prof. Giampaolo Mistura all’Università di Padova