Theoretical study on generating luminous and controlled figures by spontaneous emission

La presente tesi si pone come obiettivo lo studio di meccanismi in grado di generare figure luminose nello spazio. Il metodo proposto è quello di riuscire a illuminare un piccolo punto nello spazio e di muoverlo ad una velocità tale da dare l'illusione di osservare un immagine fissa. Tale punto si assume che possa essere replicato più volte, in modo tale da costruire immagini più complesse grazie alla combinazione degli effetti. Il principio fisico a supporto dell'idea è stato trovato nei fenomeni di emissione spontanea, quindi in quei processi che vedono un atomo passare spontaneamente da uno stato elettronico eccitato a uno ad energia minore, liberando fotoni. Si sceglie di utilizzare uno schema di transizioni a quattro livelli energetici e di studiare la dinamica delle popolazioni di ciascun livello in funzione del tempo; la scelta di uno schema a quattro livelli è suggerita dalla possibilità di ottenere un emissione di fotoni "visibili", quindi con frequenza appartenente allo spettro visibile, a seguito di un eccitazione da parte di due laser "non visibili", in particolare infrarossi. Questa configurazione è particolarmente efficace se si considerano atomi con un unico elettrone di valenza. Inoltre, si vuole ricercare un elemento chimico che rispetti esattamente le condizioni richieste per eseguire le transizioni specificate; tra i vari elementi possibili è stato scelto il rubidio in stato gassoso, con i relativi livelli energetici da utilizzare.

Study on the practical realization of a device able to generate an in-space 3D luminous image

Gli ologrammi sono parte integrante della cultura pop a partire dagli anni 50, tanto che ad oggi sentirne parlare non desta più scalpore. Dal lato pratico, invece, solo negli ultimi anni sono state fatte ricerche approfondite con lo scopo di realizzarli. Fra i dispositivi attualmente in commercio, in pochi sono degni di nota e presentano numerose limitazioni, questo perché è molto difficile riuscire a progettare un sistema che permetta di illuminare dei punti specifici in uno spazio tridimensionale per lunghi periodi. In questa tesi si illustrano i principi di funzionamento ed il progetto per un nuovo dispositivo, diverso da quelli fino ad ora realizzati, che sfrutti il decadimento spontaneo di atomi di rubidio eccitati tramite due fasci laser opportunamente incrociati. Nel punto di incrocio si produce luce visibile a 420 nm. Con un opportuno sistema di specchi che muovono velocemente il punto di intersezione tra i due fasci è possibile realizzare un vero ologramma tridimensionale visibile da quasi ogni angolazione.

Tetrafenilciclopentadienon-derivati ed analoghi: sintesi, "self-assembly" e caratterizzazione reologica

Gels are materials that are easier to recognize than to define. For all practical purpose, a material is termed a gel if the whole volume of liquid is completely immobilized as usually tested by the ‘tube inversion’ method. Recently, supramolecular gels obtained from low molecular weight gelators (LMWGs) have attracted considerable attention in materials science since they represent a new class of smart materials sensitive to external stimuli, such as temperature, ultrasounds, light, chemical species and so on. Accordingly, during the past years a large variety of potentialities and applications of these soft materials in optoelectronics, as electronic devices, light harvesting systems and sensors, in bio-materials and in drug delivery have been reported. Spontaneous self-assembly of low molecular weight molecules is a powerful tool that allows complex supramolecular nanoscale structures to be built. The weak and non-covalent interactions such as hydrogen bonding, π–π stacking, coordination, electrostatic and van der Waals interactions are usually considered as the most important features for promoting sol-gel equilibria. However, the occurrence of gelation processes is ruled by further “external” factors, among which the temperature and the nature of the solvents that are employed are of crucial importance. For example, some gelators prefer aromatic or halogenated solvents and in some cases both the gelation temperature and the type of the solvent affect the morphologies of the final aggregation. Functionalized cyclopentadienones are fascinating systems largely employed as building blocks for the synthesis of polyphenylene derivatives. In addition, it is worth noting that structures containing π-extended conjugated chromophores with enhanced absorption properties are of current interest in the field of materials science since they can be used as “organic metals”, as semiconductors, and as emissive or absorbing layers for OLEDs or photovoltaics. The possibility to decorate the framework of such structures prompted us to study the synthesis of new hydroxy propargyl arylcyclopentadienone derivatives. Considering the ability of such systems to give π–π stacking interactions, the introduction on a polyaromatic structure of polar substituents able to generate hydrogen bonding could open the possibility to form gels, although any gelation properties has been never observed for these extensively studied systems. we have synthesized a new class of 3,4-bis (4-(3-hydroxy- propynyl) phenyl) -2, 5-diphenylcyclopentadienone derivatives, one of which (1a) proved to be, for the first time, a powerful organogelator. The experimental results indicated that the hydroxydimethylalkynyl substituents are fundamental to guarantee the gelation properties of the tetraarylcyclopentadienone unit. Combining the results of FT-IR, 1H NMR, UV-vis and fluorescence emission spectra, we believe that H-bonding and π–π interactions are the driving forces played for the gel formation. The importance of soft materials lies on their ability to respond to external stimuli, that can be also of chemical nature. In particular, high attention has been recently devoted to anion responsive properties of gels. Therefore the behaviour of organogels of 1a in toluene, ACN and MeNO2 towards the addition of 1 equivalent of various tetrabutylammonium salts were investigated. The rheological properties of gels in toluene, ACN and MeNO2 with and without the addition of Bu4N+X- salts were measured. In addition a qualitative analysis on cation recognition was performed. Finally the nature of the cyclic core of the gelator was changed in order to verify how the carbonyl group was essential to gel solvents. Until now, 4,5-diarylimidazoles have been synthesized.