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Nanomateriali

  |   Chimica, Chimica Generale

I nanomateriali possono essere definiti come materiali che possiedono, come minimo, una dimensione esterna di 1-100 nm.

I nanomateriali possono essere presenti in natura,  ottenuti come sottoprodotti delle reazioni di combustione o sintetizzati per una funzione determinata.

I prodotti dell’industria chimica sono utilizzati per ottenere oggetti che hanno le più diverse dimensioni: da una trave in ferro per costruire un ponte a un chip al silicio per microprocessori. La ricerca e l’avanzamento tecnologico hanno consentito di ottenere  materiali su scala o molecolare per produrre oggetti aventi diametro di qualche nanometro; un capello ha un diametro di circa 5000 nanometri ( si ricordi che un nanometro corrisponde a un miliardesimo di metro).

I processi tramite i quali è possibile realizzare tali materiali sono conosciuti come nanotecnologie.

Storia

Nel 1974  Norio Taniguchi dell’Università di Tokyo coniò il termine nanotecnologia. Egli distinse tra microtecnologie, ingegneria su scala micrometrica da un nuovo livello sbu-micrometrico che chiamò nanotecnologia.

Già nel 1986 un ricercatore del MIT Eric Drexler  nel libro Engines of creation ipotizzò nuovi scenari sulle nanotecnologie. Lo sviluppo delle nanotecnologie si è avuto negli ultimi venti anni grazie al microscopio ad effetto tunnel (STM). Esso  è uno strumento per il rilevamento di superfici a livello atomico:  ha una risoluzione laterale di 0.1 nm e una risoluzione in profondità di 0.01 nm. Con questa risoluzione i singoli atomi all’interno dei materiali vengono ripresi e manipolati.

Nello stesso periodo fu scoperta una forma allotropica del carbonio cui fu dato il nome di fullerene la cui molecola era costituita interamente di carbonio avente una forma simile a una sfera cava, di un ellissoide o di un tubolare in cui sono presenti 60 atomi di carbonio C60.  I fullereni di forma simile a una sfera o a un ellissoide sono chiamati buckyball, mentre quelli di forma tubolare sono chiamati buckytube  o nanotubi di carbonio.

nanotubi

Sono costruiti nanotubi con un rapporto lunghezza-diametro fino a 132000000 significativamente maggiore rispetto a qualsiasi altro materiale. Tali molecole esibiscono proprietà insolite preziose per le nanotecnologie, per l’elettronica, l’ottica e in altri campi della scienza dei materiali stante la loro straordinaria conducibilità termica, meccanica e elettrica trovano applicazioni come additivi per materiali strutturali.

I nanomateriali possono essere ottenuti sia riducendo macrostrutture a nanoscala (approccio top-down) sia con l’assemblaggio di strutture di atomi o molecole (approccio bottom-down).

Proprietà

Alcune delle proprietà delle nanomateriali sono dovute all’enorme aumento della superficie quando si passa da un materiale in polvere a un materiale nanoparticellare. L’aumento della superficie porta ad un aumento del numero di reazioni che possono avvenire su di esse. Inoltre i nanomateriali possono formare, insieme ad altri materiali con diverse e migliori proprietà.

Un approccio di tipo top-down è effettuato con la fabbricazione di microprocessori in cui radiazioni U.V. e raggi di elettroni sono usati per tagliare wafers di silicio per ottenere circuiti con struttura nanoparticellare ( meno di 50 nm). Tale tipo di approccio porta, tuttavia, a uno spreco di materiale costoso per cui è preferito il metodo bottom-down. Le nanostrutture si formano perché ogni atomo o molecola riconosce la sua posizione naturale analogamente a quella della costruzione delle strutture cristalline.

Le nanotecnologie  sono utilizzate per applicazioni nei campi più svariati, da quello della chimica, fisica, biologia fino all’ingegneria, all’elettronica molecolare e ai materiali innovativi.

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