Le nanoparticelle sono particelle avente dimensioni microscopiche inferiori a 100 nm utilizzate nell’ambito delle nanotecnologie e costituiscono il raccordo tra i materiali e la struttura atomica e molecolare.
Le nanoparticelle possono essere classificate come inorganiche, organiche e ibride.
Ottenimento
Per ottenere le nanoparticelle si ricorre a tre metodologie:
1) Metodi meccanici come la tecnica del ball-milling che consiste nel macinare le polveri di un materiale sino a raggiungere le dimensioni nanometriche
2) Metodi chimici che si basano sulla precipitazione di un solido da una soluzione o la conversione di una dispersione colloidale in un corpo gelatinoso tramite la tecnica sol-gel che permette l’ottenimento di materiali a partire da precursori in fase liquida. I precursori partecipano a reazioni di idrolisi e condensazione per ottenere una soluzione colloidale di particelle solide in fase liquida ovvero un sol. Quest’ultimo evolve fino alla formazione di un reticolo inorganico continuo che contiene una fase liquida interconnessa definita gel. Per eliminare la fase liquida dal gel e stabilizzare il sistema si procede successivamente a un trattamento termico.
3) Metodi di sintesi ad alta temperatura che comprendono tecniche di evaporazione-condensazione, tecniche di aerosol e sintesi in fiamma
A causa della grande varietà di possibili applicazioni in campo biomedico, ottico e elettronico, le nanoparticelle sono oggetto di una intensa ricerca scientifica.
Sebbene le proprietà di un materiale non varino con la dimensione del materiale stesso, quando si scende nella scala nanoparticellare tale fenomeno non si verifica in quanto le nanoparticelle occupano una maggiore superficie rispetto alle normali particelle con conseguente maggiore reattività.
Sia le proprietà fisiche che chimiche derivano dall’origine atomica e molecolare in modo complesso: ad esempio le proprietà elettriche e ottiche e la reattività chimica delle nanoparticelle sono diverse da quelle di un materiale: sono necessari modelli quantomeccanici complessi per prevedere l’evoluzione di tali proprietà in funzione delle dimensioni della particella e occorrono condizioni definite per poter confrontare le previsioni teoriche.
Su scala nanometrica, le interazioni tra le particelle sono dominate da deboli forze di Van der Waals, interazioni polari ed elettrostatiche o interazioni covalenti. A seconda della viscosità e della polarizzabilità del fluido, l’aggregazione delle particelle è determinata dall’interazione interparticellare.
Ad esempio con la modifica dello strato superficiale, la tendenza di un colloide a coagulare può essere migliorata oppure ostacolata.
Per le nanoparticelle sospese in aria, le cariche possono essere accumulate a causa di processi fisici come la scarica luminescente o la fotoemissione mentre nei liquidi, la carica delle particelle può essere stabilizzata da processi elettrochimici sulle superfici.
La conoscenza delle forze di interazione tra le nanoparticelle e le interazioni nanoparticelle- fluido sono di importanza fondamentale per descrivere i processi fisici e chimici e l’evoluzione temporale delle nanoparticelle libere che sono di difficile caratterizzazione a causa della piccola quantità di molecole coinvolte nello strato superficiale. I parametri importanti da prendere in considerazione sono l’energia superficiale, la carica e la solvatazione.
Le forze di interazione, sia di attrazione che di repulsione fondamentalmente determinano il destino delle nanoparticelle individuali e dei loro aggregati la cui interazione ne influenza il comportamento.
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