Materiali nanostrutturati

I materiali nanostrutturati sono quei materiali le cui proprietà strutturali e funzionali dipendono da componenti con almeno una delle tre dimensioni su scala nanometrica (1 nm = 10-9 m). Tale scala rappresenta una zona di confine in cui vi è il passaggio tra il mondo macroscopico, in cui vale la fisica classica, e la scala atomica, regolata invece dalla meccanica quantistica.

Le nanotecnologie comportano la capacità di controllare e manipolare la materia sulla scala nanometrica ed hanno lo scopo di sfruttare le proprietà ed i fenomeni fisici e chimici che si manifestano su tale scala. Le particelle dalle dimensioni inferiori ai 100 nm (0,0001 mm) mostrano proprietà e comportamenti nuovi. Sotto una certa dimensione critica, infatti, cambiano: la struttura elettronica, la conducibilità, la reattività, la temperatura di fusione e le proprietà meccaniche.

Attraverso la nanotecnologia è oggi possibile produrre una importante varietà di nanostrutture e di materiali nanostrutturati. Le diverse tipologie di nanostrutture si distinguono in base al numero di dimensioni in cui si ha confinamento:

Quantum well: se solo una delle dimensioni è ridotta alla scala nanometrica mentre le altre due dimensioni rimangono macroscopiche. Ad esempio uno strato con spessore nanometrico: film sottile.

Quantum wire: se le dimensioni in cui si ha confinamento sono due. Ad esempio i nanotubi di carbonio.

Quantum dot: se le dimensioni in cui si ha confinamento sono tre. Ad esempio le nanoparticelle.

Per farsi un’idea circa le dimensioni…

Il diametro di un capello è pari a circa 10 micron (0,01 millimetri) ovvero circa 10.000 nanometri.
Una proteina ha dimensioni comprese tra 1 e20 nanometri, ovvero tra 0,000001 e 0,00002 mm.
In 2,5 nm3 di materiale possiamo trovare circa 1.000 atomi.
Può esserti utile leggere l’articolo “Fattore di moltiplicazione” per avere un’idea delle grandezze in gioco.

Continua…

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Discorso di Richard Feynman (premio Nobel per la fisica – 1965)
scritto manipolando la materia attraverso un nanoplotter