Scoperte, ecco come le sostanze si trasformano in vetro
Compiuto un grosso passo in avanti sulla comprensione finora oscura di come le sostanze si trasformano in vetro. A chiarire uno degli aspetti ancora sconosciuti del passaggio dei materiali dallo stato liquido a quello vetroso e' stata un'importante scoperta realizzata da un team di ricercatori italiani dell'Infm (Istituto Nazionale di Fisica della Materia), condotta in collaborazione con la facility europea ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) e pubblicata sulla prestigiosa rivista scientifica ''Science''.
La ricerca, realizzata da Tullio Scopigno e Giancarlo Ruocco dell'unita' di ricerca INFM Roma La Sapienza, da Francesco Sette, direttore scientifico dell' ESRF, e da Giulio Monaco, responsabile della linea ID16 di ESRF, apre di fatto nuove frontiere sui misteri ancora aperti della vetrificazione. Il vetro, infatti, e' un materiale che presenta proprieta' particolarissime. Ecco come e' stato svelato uno degli ultimi misteri legati alla formazione di questo materiale.
Ci sono vetri lunghi, vetri corti, vetri fragili, vetri forti. Ma perche' si formano diversi tipi di vetro, e qual'e' l'origine di questa diversita', finora infatti era ancora oscuro. I ricercatori italiani, invece, hanno scoperto una precisa correlazione tra l'aumento progressivo di viscosita' e le proprieta' microscopiche del materiale, cioe' le costanti di forza che intervengono nei legami tra atomi e molecole. Da questa precisa correlazione 'nascerebbe' insomma ogni volta un tipo di vetro diverso. ''Quando un liquido viene raffreddato al di sotto della sua temperatura di fusione, -spiega l'Infm- solitamente cristallizza''. ''Se il raffreddamento e' sufficientemente veloce, tuttavia, -continua l'Ente di ricerca- esso puo' restare in una situazione di non equilibrio, perdendo progressivamente fluidita' e diventando via via piu' viscoso, fino poi a diventare solido dal punto di vista meccanico, cioe' vetro''.
''Il fatto che in questo stadio si manifesti piu' o meno viscosita' del materiale, piu' o meno rapidamente al diminuire della temperatura, -ricorda l'Infm- ha portato alla classificazione di vetri fragili, che presentano un rapido cambiamento della viscosita', e forti, cioe' lento cambiamento della viscosita'''. L'origine di questa distinzione si perde in realta' nella antica tradizione dei soffiatori di vetro: se l'intervallo di temperatura utile per la lavorazione e' ristretto si parla di vetri corti, mentre se e' ampio si parla di vetri lunghi. Nella lavorazione manuale occorre che il vetro sia lungo, cioe' che sia maggiore la differenza di temperatura tra l'inizio e la fine di lavorazione. Questo per dar modo all'operatore di avere a disposizione piu' tempo per modellare a proprio piacimento l'oggetto. Un esempio classico di vetri lunghi sono quelli tipici di Murano. Nella lavorazione automatica, al contrario, si ha necessita' di vetri corti, per permettere un piu' alto rendimento di produzione.
La ragione di questo diverso comportamento caratteristico delle diverse sostanze che possono vetrificare rappresenta uno dei problemi piu' profondi ancora irrisolti nella fisica della materia condensata. ''I ricercatori italiani -sottolinea l'Infm- hanno aperto una nuova dimensione nello studio dei fenomeni legati alla 'transizione vetrosa', identificando una precisa correlazione tra l'aumento progressivo di viscosita' che accompagna la vetrificazione e le proprieta' microscopiche del materiale, ovvero le costanti di forza che intervengono nei legami tra atomi e molecole''. ''Il grado di viscosita' del liquido -aggiunge l'Ente di ricerca- dipenderebbe quindi dalle proprieta' vibrazionali degli atomi che lo compongono, e che a loro volta influenzeranno il tipo di vetro che questo e' in grado di formare''. La ricerca e' basata su una serie di esperimenti di diffusione in elastica di raggi X (Inelastic X-ray Scattering - IXS) eseguiti presso la linea di luce di sincrotrone ID16 dell'ESRF negli ultimi dieci anni.