mercoledì, 25 aprile 2018

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Nanotecnologie News

Formazione & Divulgazione

Materiali

Le nanotecnologie avranno un grosso impatto nello sviluppo di nuovi materiali con il conseguente ottenimento di migliori proprietà chimico-fisiche. Ad esempio, la semplice riduzione dei grani nei metalli aumenta la loro resistenza meccanica; o l’introduzione nelle leghe o nei polimeri di nanoparticelle ne modifica il comportamento elettrico, la resistenza al calore e la resistenza agli attacchi chimici.

Filler di nanoparticelle

I materiali nanocompositi sono una vasta classe di materiali che impiegano dei filler costituiti da nanoparticelle. A seconda del tipo di nanoparticelle utilizzate possono essere classificati in vari modi, ma sostanzialmente si osserva che l’introduzione delle nanoparticelle influenza fortemente le proprietà chimico-fisiche dei materiali. Ad esempio, i ceramici nanostrutturati sono più duri e tenaci dei convenzionali, i metalli nanofasici sono più duri e possiedono un maggior carico allo snervamento, e le proprietà elettriche dei metalli sono influenzate dalla struttura nanometrica del grano.
La forma delle nanoparticelle è altresì importante consentendo di aumentare la resistenza meccanica dei film polimerici, o di altri materiali, in direzioni preferenziali. L’aggiunta di nanoparticelle di argilla nei polimeri origina nanocompositi che evidenziano migliori proprietà di barriera allo scambio gassoso, maggior resistenza meccanica, maggior resistenza al calore, maggior resistenza agli attacchi chimici, conduttività elettrica e una miglior trasparenza.

SAMs (Sef Assembled Monolayers)

I Self Assembled Monolayer sono ricoprimenti con film sottili di diversa natura di superfici tramite uno o più strati, molto spesso di origine organica,. La peculiarità consiste nella formazione spontanea del film sottile sulla superficie da ricoprire, per mezzo dell’aggregazione di un solo strato di molecole alla volta. Le molecole che formano i vari strati sono di volta in volta della stessa specie. Spesso si tratta di molecole anfifiliche, ovvero la cui struttura è schematizzabile nella presenza di una testa e di una coda. I singoli strati possono essere chimicamente funzionalizzati per assolvere alle diverse funzioni come ad esempio il bioriconoscimento o la creazione di strutture su nanoscala. I SAMs trovano alcune applicazioni nella sensoristica, nei display a cristalli liquidi e nei ricoprimenti superficiali protettivi.

Utilizzi di nanoparticelle e nanopolveri

Le nanoparticelle vengono comunemente ottenute sottoforma di nanopolveri con differenti processi chimico/fisici a seconda degli impieghi finali. Le dimensioni sono spesso inferiori ai 100 nm, e presentano un’ottima omogeneità dimensionale ed un’elevata purezza. Si possono ottenere nanopolveri costituite da particelle tutte di forma omogenea.
Le nanopolveri di Silica e di Allumina trovano impiego negli abrasivi per la lucidatura e la pulizia dei wafer di Silicio o dei dischi rigidi dei PC, mentre le nanopolveri di ossido di Zinco o di diossido di Titanio sono ottime se disperse nelle creme protettive solari migliorando l’azione schermante ai raggi UV.
Le nanopolveri a base di ossido di Ferro o di diossido di Titanio conferiscono alle vernici ed alle tinture nelle quali vengono disperse migliori proprietà tribologiche, miglior resistenza al graffio, maggiore facilità di pulizia e maggiore resistenza ai solventi organici. Gli utilizzi sono nel campo della verniciatura dei metalli, nella tintura dei tessuti e nel campo dell’impressione grafica e fotografica. Le nanopolveri di diossido di Titanio trovano impiego anche nei catalizzatori utilizzati nell’industria chimica per aumentarne l’efficacia.
Le nanopolveri possono essere disperse all’interno del materiale da sinterizzare oppure possono essere sinterizzate esse stesse in toto. I materiali che si ottengono sono ceramici e metalli con migliori proprietà meccaniche. Attraverso le tecniche di ball milling si ottengono nanopolveri che dopo essere state sinterizzate, danno origine a leghe difficilmente ottenibili con altre metodologie. Alcuni esempi sono gli intermetalli, le soluzioni solide ed i metalli amorfi.
Le protesi realizzate a partire dalle nanopolveri sinterizzate stanno conseguendo importanti risultati. Esse garantiscono oltre alla biocompatibilità, anche una più rapida e migliore riuscita dell’impianto osseo grazie alla nanoporosità superficiale che le caratterizza.
L’impiego di nanoparticelle consente ai farmaci l’azione mirata sui tumori e l’utilizzo di sostanze a bassa solubilità all’interno dell’organismo umano.
Infine, ma gli impieghi delle nanoparticelle non terminano nel breve elenco sin qui riportato, consentono la realizzazione di materiali compositi fotocromici (ad esempio nanoparticelle di biossido di Titanio disperse in idrossido di Nichel), ovvero materiali che se esposti alla luce diventano scuri per poi ritornare trasparenti quando questa viene spenta, con applicazioni che vanno dalle finestre intelligenti alla fotonica.

Nanotubi di Carbonio e Fullereni

Nel 1985 lo scienziato americano R.E. Smalley scoprì i fullereni. I fullereni sono delle gabbie approssimativamente sferiche formate da un arrangiamento ordinato di strutture esagonali e pentagonali di atomi di Carbonio. La quantità di poligoni presenti e la loro relativa proporzione determinano le dimensioni e la forma del fullereni. I fullereni costituiti da 60 atomi di Carbonio ricordano la forma di un pallone da calcio.
I nanotubi di Carbonio furono scoperti nel 1991 dal ricercatore giapponese S. Iijima. Si possono classificare nelle due famiglie a parete singola (SWNT - Single Walled Nano Tubes) ed a parete multipla (MWNT – Multi Walled Nano Tubes). I nanotubi a parete singola possono essere descritti come un tubo costituito da uno strato di grafite arrotolato su se stesso e racchiuso alle due estremità da due calotte emisferiche (due mezzi fullereni). Il loro diametro generalmente non supera i 10 nm, ma tipicamente la maggior parte è al di sotto dei 2 nm. I nanotubi a parete multipla sono costituiti da più Single Walled Nano Tubes concentrici.
Gli impieghi dei nanotubi e dei fullereni come nanodispersoidi sta riscuotendo un enorme interesse. Le potenzialità innovative offerte da queste nanoparticelle sono ancora in gran parte ignote, essendo attualmente oggetto di studio e di ricerca applicata. Purtuttavia, fra tutti, si citano gli impieghi nell’industria cosmetica (nelle creme protettive solari), nell’industria elettronica (nei transistor), nella metallurgia (leghe e metalli più leggeri e resistenti), nell’industria automobilistica (quali additivi di vernici antigraffio e nelle mescole dei pneumatici) e negli attrezzi sportivi (nelle scioline per gli sci, nelle mazze da golf e nelle racchette e palle da tennis). Ma se ne potrebbero citare molti altri.

Tessuti

Le nanotecnologie avranno un grosso impatto sull’industria tessile. Attraverso trattamenti al plasma si possono inserire nella superficie dei tessuti gruppi di diversa natura chimica. In tale maniera si possono ottenere tessuti con proprietà anti-infeltrenti, idrorepellenti, antistatiche, antimacchia e antipiega, antibatterici e metallizzati; conferire alle fibre migliori caratteristiche estetiche senza alterarne la sensazione al tatto. Questi trattamenti possono essere applicati a fibre polimeriche in quanto la temperatura di lavorazione è inferiore a quella di termodegradazione.
Le nanoparticelle possono essere introdotte come fillers nelle fibre (in questo caso si parla di fibre composite) o applicate attraverso diverse tecniche di rivestimento, quali lo spray coating o la deposizione elettrostatica, nella fase di finitura de tessuti al fine di conferire loro particolari proprietà funzionali e migliorarne le proprietà meccaniche. Questa tecnologia viene utilizzata, ad esempio, per ottenere tessuti anti-macchia: alla superficie del tessuto viene applicato un finissaggio in grado di riempire con nanoelementi le intercapedini, impedendo alle macchie di penetrare tra le fibre e di aderirvi saldamente. Le particelle di sporco rimangono quindi in superficie e scivolano via facilmente o possono essere rimosse con il solo uso di un panno ed eventualmente di poca acqua, senza l’utilizzo di detersivi. Le nanoparticelle impiegate nella finitura impediscono inoltre la sbavatura dei colori e mantengono inalterata la luminosità dei substrati tessili.
Si stanno sviluppando indumenti intelligenti. Come esempio si prenda un giubbotto interattivo per il tempo libero che incorpora dispositivi per ascoltare la musica e per telefonare. Esso fornisce, inoltre, una serie di prestazioni che migliorano il comfort della persona che lo indossa. E’ in grado, infatti, di mantenere costante la temperatura corporea tramite dispositivi che consentono di riscaldare o di raffreddare l’indumento.

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