Study of the effectiveness of crystal growth modifiers in the prevention of damage due to crystallization of sodium carbonates in stone artworks

The disintegration of stone materials used in sculpture and architecture due to the crystallization of salts is capable of irreparably damaging artistic objects and historic buildings. A number of phosphonates and carboxylates were tested here as potential crystallization modifiers for sodium carbonate crystallization. Precipitated phases during crystallization induced either by cooling or by evaporation tests were nahcolite (NaHCO3), natron (Na2CO3∙10H2O) and thermonatrite (Na2CO3∙H2O), identified using X-ray diffraction. By using the thermodynamic code PHREEQC and the calculation of the nucleation rate it was demonstrated that nahcolite had to be first phase formed during both tests. The formation of the other phases depended on the experimental conditions under which the two tests were conducted. Nahcolite nucleation is strongly inhibited in the presence of sodium citrate tribasic dihydrate (CA), polyacrylic acid 2100MW (PA) and etidronic acid (HEDP), when the additives are dosed at appropriate concentrations and the pH range of the resulting solution is about 8. Electrostatic attraction generated between the deprotonated organic additives and the cations present in solution appears to be the principal mechanism of additive-nahcolite interaction. Salt weathering tests, in addition to mercury intrusion porosimetry tests allowed to quantify the damage induced by such salts. FESEM observation of both salts grown on calcite single crystals and in limestone blocks subjected to salt crystallization tests allowed to identify the effect of these additives on crystal growth and development. The results show that PA seems to be the best inhibitor, while CA and HEDP, which show similar behaviors, are slightly less effective. The use of such effective crystallization inhibitors may lead to more efficient preventive conservation of ornamental stone affected by crystallization damage due to formation of sodium carbonate crystals.

Morphological instability analysis of a misfit strained core-shell nanowire for the growth of quantum dots

Nell'ambito delle nanostrutture, un ruolo primario è svolto dai punti quantici. In questo lavoro siamo interessati all'analisi teorica del processo di creazione dei punti quantici: esso può avvenire per eteroepitassia, in particolare secondo il metodo studiato da Stranski-Krastanov. Un film di Germanio viene depositato su un substrato di Silicio in modo coerente, cioè senza dislocazioni, e, a causa del misfit tra le maglie dei due materiali, c'è un accumulo di energia elastica nel film. A una certa altezza critica questa energia del film può essere ridotta se il film si organizza in isole (punti quantici), dove la tensione può essere rilassata lateralmente. L'altezza critica dipende dai moduli di Young (E, υ), dal misfit tra le maglie (m) e dalla tensione superficiali (γ). Il trasporto di materiale nel film è portato avanti per diffusione superficiale. Il punto focale nell'analisi delle instabilità indotte dal misfit tra le maglie dei materiali è la ricerca delle caratteristiche che individuano il modo di crescita più rapido dei punti quantici. In questo lavoro siamo interessati ad un caso particolare: la crescita di punti quantici non su una superficie piana ma sulla superficie di un nanofilo quantico a geometria cilindrica. L'analisi delle instabilità viene condotta risolvendo le equazioni all'equilibrio: a tal fine sono state calcolate le distribuzioni del tensore delle deformazioni e degli sforzo di un nanofilo core-shell con una superficie perturbata al primo ordine rispetto all'ampiezza della perturbazione. L'analisi è stata condotta con particolari condizioni al contorno ed ipotesi geometriche, e diverse scelte dello stato di riferimento del campo degli spostamenti. Risolto il problema elastico, è stata studiata l'equazione dinamica di evoluzione descrivente la diffusione di superficie. Il risultato dell'analisi di instabilità è il tasso di crescita in funzione del numero d'onda q, con diversi valori del raggio del core, spessore dello shell e modo normale n, al fine di trovare il più veloce modo di crescita della perturbazione.

Crystallization and morphology of the PLLA phase within random poly (L-lactide-ran-ɛ-caprolactone)

This work has mainly focused on the poly (L-lactide) (PLLA) which is a material for multiple applications with performances comparable to those of petrochemical polymers (PP, PS, PET, etc. ...), readily recyclable and also compostable. However, PLLA has certain shortcomings that limit its applications. It is a brittle, hard polymer with a very low elongation at break, hydrophobic, exhibits low crystallization kinetics and takes a long time to degrade. The properties of PLLA may be modified by copolymerization (random, block, and graft) of L-lactide monomers with other co-monomers. In this thesis it has been studied the crystallization and morphology of random copolymers poly (L-lactide-ran-ε-caprolactone) with different compositions of the two monomers since the physical, mechanical, optical and chemical properties of a material depend on this behavior. Thermal analyses were performed by differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry (TGA) to observe behaviors due to the different compositions of the copolymers. The crystallization kinetics and morphology of poly (L-lactide-ran-ε-caprolactone) was investigated by polarized light optical microscopy (PLOM) and differential scanning calorimetry (DSC). Their thermal behavior was observed with crystallization from melt. It was observed that with increasing amounts of PCL in the copolymer, there is a decrease of the thermal degradation. Studies on the crystallization kinetics have shown that small quantities of PCL in the copolymer increase the overall crystallization kinetics and the crystal growth rate which decreases with higher quantities of PCL.