Nanopolvere di ST 30

In questo caso i dati relativi alla misurazione tramite IS delle parti reale Re Zeq
= Z′ ed immaginaria Im Zeq
= Z′′ dell’impedenza Zeq propria del condensatore

Figura 2.29: Parte reale Re(Zeq) = Z′ in funzione di quella immaginaria

Im(Zeq) = Z′′dell’impedenza Zeqpropria del condensatore di misura vuoto.

di misura vuoto graficati in figura 2.29, a mezzo dell’analisi condotta tramite il software Zview, hanno prodotto i seguenti risultati [41]:

C0= 3.07 · 10−11F ; (2.99)

χ2

= 8.31 · 10−4 . (2.100) In particolare anche in questo caso, confrontando il risultato della formula 2.90 con quanto or ora riportato nella 2.99, si nota immediatamente come vi sia ottimo accordo proprio fra il valore stimato della capacit`a C0del condensatore cilindrico vuoto e quello corrispondente appena misurato, riportato appunto nella 2.99 privo del relativo errore statistico percentuale, in quanto informazione giudicata del tutto superflua ai fini del confronto di natura puramente qualitativa in atto. In aggiunta lo stesso dato fornito dalla 2.99 `e anche in perfetto accordo con quello proposto nella 2.94, apprezzato contestualmente alle prove in presenza di polvere a base di TiO2di cui al precedente paragrafo 2.2.3.1.

Inoltre, come visibile nella 2.100,χ2 `e risultato essere pressoch´e nullo, garan- tendo in pratica la bont`a del fit i cui risultati, graficati sempre in figura 2.29, indi- cano sostanzialmente come la cella di misura possieda di fatto una pura effettiva capacit`a C0.

Detto ci`o, `e ora possibile procedere all’esposizione di quanto ricavato relativa- mente alle due misurazioni tramite IS effettuate su polvere a base di ST 30 riportate in questa sede [41].

I risultati delle due distinte misurazioni in questione, ciascuna delle quali ine- rente la parte reale Re Zeq
= Z′ e quella immaginaria Im Zeq
= Z′′ dell’im- pedenza Zeq propria del condensatore di misura, riempito appunto con polvere a base di ST 30 quale dielettrico, sono ricavati in entrambi i casi inserendo i seguenti valori di riferimento per la corretta esecuzione del fit da parte del software Zview:

• C1= 1.80 · 10−10F; • Q1= 5 · 10−8F; • n1= 4 · 10−1; • R1= 2 · 103Ω; • Q2= 2.50 · 10−9F; • n2= 8 · 10−1.

In particolare, riguardo i valori di riferimento appena elencati (necessari ai fini della corretta esecuzione del fit ad opera di Zview) relativi alle grandezze fisiche caratterizzanti i vari elementi circuitali equivalenti [36] discussi nella sottosezione 2.1.3 coinvolti di volta in volta, si tenga presente anche in questo caso come:

• la capacit`a C corrisponda proprio a quella dell’elemento condensatore de-

scritto nel paragrafo dedicato 2.1.3.2;

• la resistenza R corrisponda proprio a quella dell’elemento resistore descritto

nel paragrafo dedicato 2.1.3.1;

• la capacit`a Q = CPE-T (da associare al relativo parametro numerico n =

CPE-P) corrisponda a quella dell’elemento a fase costante CPE (Constant Phase Element) descritto nel paragrafo dedicato 2.1.3.5.

Nelle figure 2.30 e 2.31 sono rispettivamente graficati i risultati delle due di- stinte misurazioni effettuate, ciascuna delle quali inerente la parte reale Re Zeq
=

Figura 2.30: Risultati della procedura di fit eseguita da Zview applicata ai

dati della prima misurazione relativa al condensatore di misura riempito con polvere a base di ST 30. In particolare si notano: il grafico della parte reale Re(Zeq) = Z′ in funzione di quella immaginaria Im(Zeq) = Z′′dell’impeden-

za Zeq; il circuito equivalente(CQ)(RQ) coinvolto; i valori numerici (che si

sottointendono espressi ovviamente nella corretta unit`a di misura standard di base) ottenuti riguardo le grandezze fisiche che caratterizzano gli elementi cir- cuitali equivalenti interessati, corredati di relativo errore statistico percentuale;

Figura 2.31: Risultati della procedura di fit eseguita da Zview applicata ai da-

ti della seconda misurazione relativa al condensatore di misura riempito con polvere a base di ST 30. In particolare si notano: il grafico della parte reale Re(Zeq) = Z′in funzione di quella immaginaria Im(Zeq) = Z′′dell’impeden-

za Zeq; il circuito equivalente(CQ)(RQ) coinvolto; i valori numerici (che si

sottointendono espressi ovviamente nella corretta unit`a di misura standard di base) ottenuti riguardo le grandezze fisiche che caratterizzano gli elementi cir- cuitali equivalenti interessati, corredati di relativo errore statistico percentuale;

Z′e quella immaginaria Im Zeq
= Z′′ dell’impedenza Zeqpropria del condensa- tore di misura riempito appunto con polvere a base di ST 30 [37, 38].

Inoltre, sempre nelle figure 2.30 e 2.31, al solito sono altres`ı rispettivamente riportati i valori numerici (che si sottointendono espressi ovviamente nella corret- ta unit`a di misura standard di base) ottenuti durante l’esecuzione del fit da parte di Zview riguardo le grandezze fisiche che caratterizzano i vari elementi circuitali equivalenti interessati, corredati di relativo errore statistico percentuale e del ca- ratteristico parametro χ2 di affidabilit`a del fit in oggetto, nonch´e schematizzati i circuiti equivalenti coinvolti.

Nello specifico in entrambi i casi trattasi anche questa volta del circuito equi- valente(CQ)(RQ), realizzato cio`e tramite una serie di due paralleli rispettivamen-

te fra le tipologie di elementi equivalenti C e Q= CPE per quel che riguarda il

primo, R e Q= CPE il secondo [36].

Riferendosi sempre ai risultati presentati nelle figure 2.30 e 2.31, in stretta analogia con quanto detto nel precedente paragrafo 2.2.3.1 riguardo le prove con TiO2 come dielettrico, si possono specificamente trarre i commenti elencati di seguito.

• C1rappresenta sempre la capacit`a di contatto tra le armature in alluminio del condensatore cilindrico di misura e la polvere a base di ST 30, per cui essa non interessa ai fini del calcolo della permettivit`a apparenteε′_r dell’ossido metallico in esame.

• CPE1-T e CPE1-P si riferiscono, come gi`a detto nel corso di questo para- grafo 2.2.3.2, all’elemento circuitale equivalente CPE (Constant Phase Ele- ment). Poich´e in entrambi i casi analizzati il parametro CPE1-P= n1 vale approssimativamente 0.4, in linea con quanto riportato riguardo il significa-

to dei valori assunti dallo stesso n1entro il proprio range di variabilit`a 0÷ 1 all’interno del paragrafo 2.1.3.5, l’elemento CPE `e di nuovo sostanzialmen- te considerabile alla stregua di una resistenza. In particolare tale resistenza `e una resistenza parassita di contatto.

• R1 `e sempre il valore estremamente elevato di resistenza complessivamente attribuibile al condensatore cilindrico riempito di dielettrico. In particola- re tale valore di resistenza R1 risulta essere cos`ı elevato poich´e tiene con-

to, oltre che del singolo grano nanometrico che compone la polvere nano- strutturata, soprattutto della barriera superficiale di potenziale VS descritta nel paragrafo 1.1.2.4 esistente in concomitanza dei contatti intergranulari, che abbassa di fatto la conducibilit`a elettrica del materiale semiconduttore, peraltro secondo quanto spiegato nel paragrafo 1.1.2.6.

• CPE2-T e CPE2-P si riferiscono al secondo elemento circuitale CPE (Con-

stant Phase Element) inserito nel circuito equivalente impiegato. Poich´e il parametro CPE2-P= n2 anche in codesta situazione dimostra in entrambi i casi un valore superiore a 0.8, l’elemento CPE in questione `e sostanzial-

mente considerabile alla stregua di una capacit`a che risulta essere di fatto proprio complessivamente riferita al materiale posto quale dielettrico tra le armature del condensatore cilindrico. Trattasi cio`e della desiderata capacit`a C= CPE2-T del condensatore riempito con polvere nanostrutturata a base di ST 30 quale dielettrico. Questo `e dunque proprio il dato C che si utilizza direttamente nel calcolo della permettivit`a apparenteε′_r della polvere sotto esame.

Quindi rimane anche in questo caso lecito assumere che l’attuale CPE2-T =

C ≅ 3_{.1 · 10}−9F (secondo la media delle capacit`a CPE2-T = C misurate conte- stualmente alle due distinte prove eseguite tramite IS relativamente alla polvere a base di ST 30, presentate sempre nelle figure 2.30 e 2.31) sia la capacit `a del dielettrico nel suo complesso, da distinguersi con quella invece esclusivamente ascrivibile ad ognuno dei singoli grani nanometrici che formano tale materiale, discussa all’interno dell’intera prossima sezione 2.3.

Tuttavia in questo caso si noti come riguardo entrambe le due distinte pro- ve eseguite, presentate sempre nelle figure 2.30 e 2.31, l’errore relativo percen- tuale associato proprio al desiderato dato CPE2-T = C sia piuttosto elevato, an- che se il valore estremamente basso di χ2 garantisce indiscutibilmente la buona attendibilit`a delle misurazioni effettuate.

Nella fattispecie, sapendo dunque che C ≅ 3_{.1 · 10}−9F e sempre arrotondando secondo la 2.96 a C0= 3 · 10−11F il valore del condensatore cilindrico vuoto gi`a fornito dalla 2.94, `e possibile ricavare facilmente la permettivit`a apparenteε′_rdella

polvere nanostrutturata a base di ST 30 in oggetto: C= 2πε′rε0 l lnR2 R1 ≅₃.1 · 10−9_{F ; (2.101)} ε′ r= C C0 ≅₁.03 · 102= 103 . _(2.102)

Infine, a differenza di quanto detto nel precedente paragrafo 2.2.3.1 riguardo l’esistenza di una generica letteratura scientifica settoriale [37, 38] circa la per- mettivit`a apparente ε′_r relativa anche al TiO2 data dalla 2.98, nel caso dell’ST 30 non esistono pressoch´e studi al proposito.

Ad ogni modo `e tuttavia possibile sostenere perlomeno la plausibilit`a del valo- re di permettivit`a apparenteε′<sub>r</sub>relativa all’ST 30 calcolato or ora nella 2.102, anche se l’errore relativo percentuale riguardante proprio la me desimaε′<sub>r</sub>non risulta ine- vitabilmente trascurabile essendo propagato a partire da quello gi`a piuttosto ele- vato inerente il dato CPE2-T = C, come detto in precedenza in codesto paragrafo 2.2.3.2.

Ci`o in effetti potrebbe a onor del vero parzialmente inficiare la misura stessa di permettivit`a apparenteε′_r, in quanto esiste compatibilit`a tra i distinti valori diε′_r relativi rispettivamente al TiO2ed all’ST 30.

Al proposito, al fine di caratterizzare elettricamente le differenti polveri in ma- niera pi`u significativa, `e possibile aumentare il numero di ripetizioni delle misure effettuate allo scopo di eseguire un’analisi statistica dei risultati ottenuti, oppure definire un adeguato modello teorico che permetta di effettuare una stima diretta delle principali propriet`a elettriche del grano nanometrico (quali permettivit`aεe larghezza della zona di svuotamento Λ), inteso alla stregua di un condensatore sferico, per poterne calcolare la capacit`a Cg.

Nella fattispecie proprio quest’ultima ipotesi di lavoro `e dettagliatamente svi- luppata all’interno della prossima sezione dedicata 2.3.