4. Perché “nano“?

Modulo delle nozioni di base SNC
4. Perché “nano“?
Slide 17:
Ciò che rende speciali i nanomateriali sono le loro “nuove” caratteristiche. Se un materiale (per esempio un
metallo come l'alluminio) viene frantumato a tal punto da ridurlo in nanoparticelle, le proprietà del materiale
varieranno al decrescere delle dimensioni di queste nanoparticelle. La polvere finissima così generata ha
delle qualità fisiche alterate, sebbene dal punto di vista fisico si tratti ancora dello stesso materiale.
Il foglio di alluminio è chimicamente molto stabile e poco reattivo. È ottimo per usi domestici. Le
nanoparticelle di alluminio del diametro di 80 nm sono invece l'esatto opposto: vengono infatti utilizzate
come propellente per missili.
(Fonte: http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,656774,00.html)
Il comportamento del ferro è simile a quello dell'alluminio. Un esperimento che tratta l'alterazione della
reattività è pubblicato nel NanoTeachBox della piattaforma Internet della SNC.

Modulo della nanochimica, esperimento “acciaio
piroforico“:www.swissnanocube.ch/nanoteachbox/module/liste/#m5
Slide 18:
Un altro esempio di proprietà alterate è il cambiamento cromatico dell'oro. Esso cambia infatti colore a
seconda delle dimensioni delle particelle. Mentre l'oro in macro- e microscala ha un aspetto giallo-lucido, le
nanoparticelle d'oro sono rosse. Ciò è dovuto al fatto che in questo caso il diametro delle particelle rientra
nella gamma delle lunghezze d'onda della luce visibile. Le nanoparticelle interagiscono con la luce visibile
alterando drasticamente le loro proprietà ottiche. Il colore della particella è quindi dipendente dalle
dimensioni della particella stessa. In una gamma di 20-30 nm le nanoparticelle d’oro assumono una tonalità
rossastra. Se le particelle crescono, il colore varierà dal rosso al blu.
Le nanoparticelle sono per esempio responsabili del rosso saturo delle finestre di chiese (vetro rubino
all'oro).
Per maggiori informazioni sulla teoria dei cambiamenti cromatici e sulle istruzioni per gli esperimenti con
nanoparticelle d'oro consultare il NanoTeachBox della piattaforma Internet della SNC.

Modulo nanochimica, esperimenti “vetro rubino all'oro“ e “nano-oro“:
www.swissnanocube.ch/nanoteachbox/module/liste/#m5
Slide 19:
La slide 3 riassume le differenti proprietà utilizzate nelle nanotecnologie.
1) Proprietà dovute alle dimensioni:
per raggiungere il loro "obiettivo", alcune cose devono essere molto piccole. Ciò riguarda soprattutto
la medicina. Per esempio, le piccole capsule che trasportano i medicinali verso le cellule tumorali
devono poter attraversare i vasi sanguigni e le cellule. Le piccole dimensioni delle nanostrutture
consentono inoltre di sfruttare al meglio le funzionalità biologiche basate sul riconoscimento
molecolare. Esse vengono per esempio usato nella medicina analitica.
Per maggiori informazioni sul “nano“ nella medicina, consultare il sito Internet della SNC:.
2) Superidrofobia:
Attualmente le nanotecnologie vengono utilizzare per rivestire superfici di facciate, vetri o carrozzerie
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di automobili, conferendo loro delle proprietà autopulenti. Le speciali nanostrutture impediscono
infatti allo sporco di attaccarsi alla superficie. Gli inventori hanno copiato questo effetto dalla natura
(vedi anche capitolo 5 “Nano nella natura“)!
Le foglie della pianta del loto hanno delle strutture superficiali idrorepellenti ed estremamente ruvide
su scala nanometrica. Le superfici ruvide fanno rotolare via le gocce d'acqua. Inoltre, la struttura
ruvida riduce fortemente il contatto delle singole particelle di sporco con la superficie, evitando che
rimangano attaccate e facendole portare via dalle gocce d'acqua.
Per rivestire una superficie, oggi si utilizzano rivestimenti trasparenti dello spessore di pochi
nanometri con caratteristiche idrorepellenti e/o impermeabili ai grassi (superfici superidrofobe).
Per maggiori informazioni e istruzioni per gli esperimenti consultare il modulo SNC “effetto loto“:
www.swissnanocube.ch/nanoteachbox/module/liste/#m8
.
3) Elevata superficie specifica:
la reattività di una sostanza (elemento, composto) può essere aumentata impiegandola sotto forma
di nanoparticella. Ciò è da ricondursi al fatto che le particelle più piccole hanno una superficie più
grande in proporzione al loro volume. Grazie alla maggiore superficie, una gran parte degli atomi
della sostanza può entrare in contatto con l'ambiente circostante reagendo con lo stesso. La
superficie di un grammo di nanoparticelle di una determinata sostanza che entra in contatto con
l'ambiente circostante è molto più ampia rispetto a un grammo di macroparticelle della stessa
sostanza. Questo effetto viene utilizzato nella realizzazione di catalizzatori, dove la superficie
reattiva assume un'importanza cruciale.
Un esempio che illustra il modo in cui utilizzare la reattività aumentata è il suddetto alluminio
metallico impiegato come propellente per missili.
Per maggiori informazioni e istruzioni per gli esperimenti, consultare il modulo nanochimica SNC
“acciaio piroforico“:www.swissnanocube.ch/nanoteachbox/module/liste/#m5.
4) Migliore stabilità meccanica:
Esistono determinati tipi di nanoparticelle, i cosiddetti nanotubi di carbonio (in inglese:Carbon Nano
Tube, CNT), molto leggeri e robusti. Sono molto più robusti dell'acciaio, ma pesano di meno rispetto
allo stesso volume di alluminio metallico. I CNT vengono impiegati come componenti di materiali
compositi. I prodotti, come per esempio telai di biciclette o racchette da tennis, vengono difatti resi
più leggeri, ma ciò nonostante robusti.
5) Proprietà termiche ed elettriche alterate:
Le proprietà di trasporto della carica elettrica o del calore vengono modificate dalla nanodimensione.
La resistenza elettrica nei CNT è per esempio molto bassa. Oltre a ciò possono presentarsi nuovi
effetti (per esempio gli effetti tunnel: le particelle attraversano elevate barriere di potenziale). Anche
la conduttività termica di un materiale può alterarsi.
6) Proprietà ottiche alterate:
Vedere la slide 18.
Per maggiori informazioni e istruzioni per gli esperimenti, consultare il modulo nanochimica SNC
“vetro rubino all'oro" e ”nano-oro“.
7) Superparamagnetismo
Se si riducono le dimensioni esterne dei materiali, possono alterarsi anche le loro proprietà
magnetiche. Un esempio è la magnetite. Rispetto alle particelle ferromagnetiche macroscopiche, le
nanoparticelle di magnetite sono superparamagnetiche. Questa prerogativa gli permette di essere
utilizzate nel campo della medicina: le nanoparticelle magnetiche possono penetrare nelle cellule
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tumorali e depositarsi su di esse. Se successivamente si genera un campo magnetico sul tessuto
tumorale, le nanoparticelle trasformano l'energia ricevuta da tale campo magnetico in calore. Il
calore da ciò risultante può distruggere il tessuto tumorale.
Per maggiori informazioni e istruzioni per gli esperimenti, consultare il modulo nanochimica SNC
“ferrofluido“:www.swissnanocube.ch/nanoteachbox/module/liste/#m5.
Fehler! Hyperlink-Referenz ungültig.Alla voce "nanoparticelle" (http://de.wikipedia.org/wiki/Nanoteilchen),
Wikipedia elenca le seguenti proprietà specifiche:
- Maggiore reattività dovuta alla grande superficie specifica (grande superficie rispetto al volume)
- Basso influsso delle forze di massa (forza del peso) e crescente influsso delle forze superficiali (per
esempio la forza di Van-der-Waals)
- Crescente importanza della carica superficiale, come pure effetti termodinamici (movimento molecolare
Browniano)
- Ciò può dare luogo a stabili sospensioni, ma anche alla formazione di aggregati
- Speciali proprietà ottiche.
Molte delle suddette "nuove" proprietà si basano sui cosiddetti effetti quantici.
Ciò è dovuto al fatto che gli oggetti del "mondo quantico" (per esempio atomi o elettroni) mostrano altri
"comportamenti" rispetto agli oggetti del mondo "classico".
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