Grundlagen modul it

Swiss Nano-Cube)

Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St.Gallen

Tel. +41 (0) 71 274 72 66, [email protected]

www.swissnanocube.ch

Piattaforma educativa per micro e nanotecnologie ideata

per scuole medie e professionali e istituti tecnici

Modulo delle nozioni di base

Versione complessiva

Piattaforma educativa per micro e nanotecnologie

ideata per scuole medie, professionali e istituti tecnici

© 2011 - Swiss Nano-Cube 2

1. Quanto è piccolo un “nano”?

© 2011 - Swiss Nano-Cube

La definizione di nano

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Nano deriva dal greco (nanos = nano)

1 Nanometro = 1/1‘000‘000 mm ≈ 3 atomi d'oro

100 m = 1,0 = 1 m (1 metro)

10-3 m = 0,001 m = 1 mm (1 millimetro)

10-6 m = 0,000 001 m = 1 μm (1 micrometro)

10-9 m = 0,000 000 001 m = 1 nm (1 nanometro)


La nanodimensione – ordine di grandezza

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Fonte: Fonds der chemischen Industrie FCI – set di film)



5

Fonte: http://www.powersof10.com/

Il classico cortometraggio di Charles e Ray Eames girato nel 1977



6

Sito Internet “Scale of the Universe“

Fonte: http://primaxstudio.com/stuff/scale_of_universe/


Fonte: Universität Mainz Fonte: www.surf.nuqe.nagoya-u.ac.jp

Rapporto terra/pallone = Rapporto pallone/fullereni

Fonte: Dr. Martin Schubert Kompetenzzentrum cc-NanoChem e. V.



2. Definizioni


Cosa sono le nanotecnologie?

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Le nanotecnologie …

… racchiudono ricerca e sviluppo tecnologico in un campo da

1 nm a 100 nm

… creano e utilizzano strutture che in virtù delle loro dimensioni mostrano

proprietà completamente innovative

… si basano sulla capacità di controllare e manipolare su scala atomica

… uniscono i classici rami di chimica, fisica e biologia

Fonte: www.nano.gov/html/facts/whatIsNano.html


Fondere le discipline

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FisicaFisica ChimicaChimica

BiologiaBiologia

Nano-tecnologie

Nano-tecnologie

Chimica fisica

Scienze dei materiali

Microelettronica/Meccatronica

Biochimica

Farmaceutica

Diagnostica

Biofisica

Tecnica medicinale

Fisica medicinale


Che cos'è un nanomateriale ?

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Materiali nanostrutturati(struttura interna o struttura superficiale in scala nanometrica)

Nanooggetti

CEN ISO/TS 27687


Esempi

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Nanoparticelle(ossido di zinco)

Nanotubi di carbonio multiparete

Cristallo fotonico

Aerogel(corpi solidi estremamente porosi)

Strato Superficie di limite Chip (AMD K8)Dimensione della struttura≤ 130 nm


3. Produzione


Da dove provengono le nanoparticelle?

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Nanoparticelle di fonti naturali

Eruzioni vulcaniche

Incendi boschivi

Tempeste di sabbia

Nanoparticelle causate dall'uomo

Fumo di sigarette

Traffico (veicoli diesel)

Industria

Generazione industriale di nanostrutture

Top-down

Bottom-up


Generazione di nanostrutture

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dell'albero

alla tavola

Top-down: “dall'alto in basso”

Generazione di strutture su scala nanometrica tramite riduzione ovvero lavorazione ultraprecisa dei materiali

Procedimento

Frantumazione di polveri con mulini a sfere

Processo di corrosione (fotolitografia)

Strutturazione di fasci ionici o elettronici


Generazione di nanostrutture

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dai germi

all'albero

Bottom-up: “dal basso verso l'alto”

Creazione di complesse strutture, spesso autoorganizzanti (self-assembly), formate da singoli atomi o molecole

Procedimento:

Processo Sol-Gel

Sintesi delle fasi di gas

Deposizione chimica nella fase gassosa (chemical vapor deposition, CVD)

Deposizione fisica della fase gassosa (physical vapor deposition, PVD)


4. Perché “nano”?


Nuove proprietà

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I nanomateriali mostrano "nuove" proprietà.

Per esempio l'alluminio:

Il foglio di alluminio è chimicamente molto stabile e per questo poco reattivo.

Le nanoparticelle di alluminio, invece, bruciano in modo esplosivo e vengono utilizzate come propellente per missili.

Fonte: www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,656774,00.html


Nuove proprietà

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Vetro rubino all’oro nel medioevo

Una volta, per produrre il vetro rubino si aggiungeva una miscela d'oro finemente suddivisa.


Effetti nano

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Nuove proprietà come effetti delle nanotecnologie

Proprietà dovute alle dimensioni (per esempio nanocarrier nella medicina)

Superidrofobia (per esempio l'effetto loto)

Elevata superficie specifica: elevata reattività, (per esempio acciaio

piroforico)

Migliore stabilità meccanica (per esempio CNT)

Proprietà termiche ed elettriche alterate (per esempio CNT)

Proprietà ottiche alterate (per esempio il nanooro, cristalli liquidi)

Superparamagnetismo (per esempio ferrofluidi)


5. “Nanotecnologie” nella vita quotidiana


Nanotecnologie nei prodotti di consumo

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TiO2 come protezione UV: Nanoparticelle nelle creme solari e nei cosmetici

SiO2 come additivo per lacche e vernici antigraffio

Nanoargento (azione antimicrobica e soppressione degli odori

Nanotubi di carbonio (CNTs) Incoporati nel materiale del telaio per aumentare la stabilità



23

Fonte: www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/

1317 prodotti(Marzo 2011)



24

Fonte: www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/

565 prodotti(Marzo 2011)


Quiz Nanorama loft

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www.swissnanocube.ch/nanorama


6. Campi di applicazione


Importanti applicazioni

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Prodotti di consumo

Edilizia

AutomobiliEnergia

IT, elettronica

Ottica AmbienteChimica Medicina

Campi di Campi di applicazione applicazione


7. Nano nella natura


Mai più sporchi

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“L'autopulizia” delle foglie di loto si basa sulla micro e nanostrutturazione della superficie della foglia.

Le gocce d'acqua imperlano la superficie portando via tutte le particelle di sporco.

Microstrutture con nanocristalli di cera sulla superficie della foglia (microscopio elettronico a scansione)

Ecco perché la foglia di loto rimane sempre pulita.


Mai più sporchi

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Fonte: www.youtube.com/watch?v=pzGunZ1-POw

Ecco perché la foglia di loto rimane sempre pulita.

Videoillustrazione dell'effetto loto Applicazione dell'effetto, per esempio sui colori di facciate

(Lotusan)


Aderire senza colla

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Ecco perché il geco non cade dal soffitto.

Fonte: www.uni-saarland.de; figura: S. Gorb, MPI für Metallforschung, Stuttgart

Le strutture aderenti sono composte da peli finissimi (Ø ca. 200 nm)

I peli consentono di aderire su qualsiasi superficie Ciò viene reso possibile dalle cosiddette “forze di Van-der-Waals“,

le quali si basano sugli spostamenti dei carichi all'interno dell'atomo.


Aderire senza colla

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I geco si attaccano a quasi tutte le superfici. "Rotolando" le dita, possono interrompere il contatto.

Ecco perché il geco non cade dal soffitto.

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