ING III - Facolta' di Ingegneria dei Processi Industriali
20-dic-2010
2009/2010
Lo scopo della mia tesi è stato lo studio e l'ampliamento del
campo di utilizzo di una tecnica di microscopia innovativa, la
Differential Dynamic Microscopy (DDM). La tecnica consente
di misurare, utilizzando un microscopio ottico convenzionale
equipaggiato con una telecamera e un programma di analisi digitale
delle immagini, il movimento di oggetti con dimensioni inferiori
alla risoluzione del microscopio, aggirando il limite posto dalla
diffrazione.
Nelle soluzioni colloidali le particelle sono soggette al moto
browniano, la velocità del quale è descritta quantitativamente dal
coefficiente di diffusione. Attraverso la DDM è possibile misurare
il coefficiente di diffusione delle particelle e risalire, quindi,
alla dimensione della specie diffondente attraverso la relazione
di Stokes-Einstein.
La possibilità di studiare il movimento di particelle mediante la
DDM ci ha indotto a utilizzare il principio base della tecnica per
implementare un'innovativa tecnica di velocimetria. La
velocimetria è una misura della velocità del fluido ed è di grande
utilità nella risoluzione di problemi di fluidodinamica. Il
vantaggio presentato dalla tecnica da noi sviluppata consiste
nella possibilità di usare un tracciante di dimensioni molto
piccole (100 nm), che non perturba il flusso, e nella profondità
di fuoco limitata del microscopio, che consente di conoscere la
velocità in volumi limitati di fluido. Le misure di velocimetria
sono state svolte in circuiti di microfluidica, un campo di
ricerca recentemente sviluppato nel Laboratorio di Materia
Soffice, che si interessa alla manipolazione e al trasporto di
piccolissime quantità (nano-picolitri) di liquido.
Le soluzioni colloidali offrono la possibilità di controllare le
forze di interazione tra le particelle e indurre delle transizioni
di fase, segnate da una decomposizione spinodale. La
decomposizione spinodale è associata ad un aumento della
lunghezza di correlazione della soluzione. Dal momento che esiste
una lunghezza che caratterizza l'evoluzione della
transizione di fase, la DDM è stata applicata allo studio dei
sistemi in cui è in corso una transizione.
During my Master Thesis I've studied and
developed an innovative method of microscopy, the
Differential Dinamic Microscopy (DDM). This technique
permit to measure the movement of objects with dimension smaller
than the microscope resolution, bypassing the limit set by
diffraction. This technique requires a very simple setup: in order
to perform DDM we need only a microscope equipped with a digital
camera and a programme for the digital analysis of the images.
In colloidal solutions particles are subject to Brownian motion,
which has a velocity described by the diffusion coefficient.
Through DDM is possible to measure the diffusion coefficient of
the particles and to calculate the particle dimension, which is
related to it through the Stokes-Einstein equation.
The possibility of studying the particle movement thought DDM lead
us to use the basic principle of this technique in order to
implement a new velocimetry method. Velocimetry is a measure of
the fluid velocity and is really useful in fluidodynamic problems.
The advantages offered by our techique are the possibility of
using really small tracers (less than 100 nm), in order to leave
the flux unperturbed, and the microscope limited depth of focus,
which permits to measure the flux velocity in small volumes of
fluid. These measures are performed in microfluidic circuits.
Microfluidic is a research field recently developed in the Soft
Matter Lab, which allow to manipulate and transport really small
quantity (nano-pico liter)of liquid.
One of the advantages offered by colloidal suspension is the
possibility to control the interaction forces between particles
and to induce phase transition, marked by a spinodal
decomposition. The spinodal decomposition is associated whit an
increase in the correlation length of the solution. The presence
of a length which characterizes the transition evolution,
allow to use DDM to study systems subject to a transition.