Modulo delle nozioni di base

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Piattaforma educativa per micro e nanotecnologie ideata per
scuole medie, professionali e istituti tecnici
Modulo delle
nozioni di base
Informazione di supporto
Versione complessiva
Maggio 2011
Marianne Dietiker, Stephan Knébel, Christoph Meili
Modulo delle nozioni di base SNC
Contatto:
Die Innovationsgesellschaft St. Gallen
Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen
Tel. +41 (0) 71.274 72 66
Mail: [email protected]
www.swissnanocube.ch
Versione maggio 2011
Questo modulo è stato realizzato dalla Innovationsgesellschaft St. Gallen nell'ambito del
progetto Swiss Nano-Cube. Autori: Marianne Dietiker, Stephan Knébel, Christoph Meili.
Figura di copertina: Fullerene.
© Swiss Nano-Cube/April 2011
Contatto
Sommario
1.
Quanto è piccolo un ”nano”? ................................................................................................. 2
2.
Definizioni .............................................................................................................................. 4
3.
Produzione ............................................................................................................................. 6
4.
Perché “nano“? ...................................................................................................................... 7
5.
Nanotecnologie nella vita quotidiana ................................................................................... 10
6.
Campi di applicazione .......................................................................................................... 12
7.
Nano nella natura................................................................................................................. 14
© Swiss Nano-Cube/April 2011
Inhaltsübersicht
1. Quanto è piccolo un ”nano”?
Slide 2:
(Numeri di slide abbinati al gruppo di slide “versione complessiva“)
Le nanotecnologie sono il frutto della scienza “del piccolo“. Il prefisso “nano“ deriva dal greco, ovverossia dal
termine “nanos”, che in italiano significa “nano” nel senso di una “persona di bassa statura”. Un nanometro
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corrisponde a un miliardesimo di metro (10 m) o a un milionesimo di millimetro (10 mm).
Un nanometro di un pezzetto d'oro contiene circa 3 atomi d'oro.
Slide 3:
L'ordine di grandezza della nanodimensione viene illustrata mediante alcuni esempi della biologia. (Fonte:
Fonds der chemischen Industrie FCI – gruppo di slide)
Slide 4:
La slide “Powers of Ten“ prova altrettanto a illustrare l'ordine di grandezza della nanodimensione.Al sito
www.powersof10.com potete inoltre trovare ulteriori informazioni su ciascuna immagine, sugli attrezzi,
eccetera (purtroppo solo in lingua inglese!).
Slide 5:
Il sito http://primaxstudio.com/stuff/scale_of_univers propone una moderna visione di “Powers of Ten“. È
possibile zoomare tra gli ordini di grandezza e scoprire gli oggetti corrispondenti.
Slide 6:
La nanodimensione può essere illustrata anche confrontando diversi ordini di grandezza. Si noterà per
esempio che il rapporto tra diametro della terra e del pallone è lo stesso di quello tra pallone e “fullerene“. Il
fullerene è una molecola sferica composta da 60 atomi di carbonio del diametro di 1 nm.
Materiale supplementare:
Compito per gli allievi:
Stampare e ritagliare le cartine delle dimensioni (per esempio un set di carte per ogni squadra formata da
due persone). Le carte devono rispettivamente essere assegnate con un ordine di grandezza incluso tra
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10 m e 10 m.
(Fonte: www.accessnano.org/teaching-modules/scale-measurement)
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Soluzione:
Atomo di idrogeno
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Molecola d'acqua
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Larghezza della molecola DNA
10 m
Rhinovirus (virus del raffreddore)
10 m
Influenzavirus (virus dell'influenza)
10 m
Batteri (Staphylococcus aureus)
10 m
Globuli rossi
10 m
Diametro di un capello
10 m
Pulce
10 m
Diametro di una moneta
10 m
Pallone
10 m
Statura di un bambino
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Lunghezza di un camion
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Lunghezza di un treno
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2. Definizioni
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Cosa sono le nanotecnologie?
Con l'aiuto delle nanotecnologie si cerca di capire e studiare i processi che si verificano su scala
nanometrica. Nella seconda fase si tratta invece di controllare in modo mirato i nanomateriali o i processi
nanotecnologici, al fine di utilizzarli per fini tecnici.
Sui siti dell'Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione(ISO) e dell'Organizzazione per la
Cooperazione e lo Sviluppo Economico (OCSE) si trovano le definizioni del termine "nanotecnologie".
Definizione secondo la norma ISO (Norma 80004-1):
Le nanotecnologie rappresentano l'applicazione di nozioni scientifiche finalizzate a controllare e modificare i
materiali su scala nanometrica, al fine di sfruttarne i fenomeni e le proprietà dipendenti dalla struttura e dalle
dimensioni, e conferire caratteristiche distinte rispetto ai singoli atomi o molecole oppure ai materiali in forma
bulk (materiali di grandi dimensioni).
Definizione di OCSE:
Le nanotecnologie racchiudono tutte le tecnologie che permettono di modificare, cercare o utilizzare le
microstrutture (generalmente inferiori a 100 nm) o i sistemi e contribuisce a sviluppare nuovi materiali,
apparecchi e prodotti con caratteristiche qualitativamente differenti. Le nanotecnologie possono incidere
praticamente su tutti i settori economici e gli aspetti della vita quotidiana.
Slide 9:
Fondere le discipline
Le nanotecnologie si contraddistinguono anche dal fatto di essere una tecnologia interdisciplinare che
racchiude tutti i settori tradizionali quali chimica, fisica e biologia. Nelle nanotecnologie, i limiti tra queste
discipline non sono completamente definiti, ma si avvicinano tra di loro "fondendosi".
Slide 10:
Che cos'è un nanomateriale?
Solitamente il termine "nanomateriale" viene impiegato se le strutture interne o esterne del materiale in
questione rientrano in un ordine di grandezza di 1-100 nm. Questa delimitazione è alquanto arbitraria, dal
momento che anche le particelle aventi un diametro di 200 nm fanno parte dei nanomateriali.
I nanomateriali sono sostanzialmente suddivisi in due gruppi:
1) Materiali nanostrutturati: struttura interna o superficiale su scala nanometrica (ad esempio
nanocompositi. Si tratta di materiali composti da una serie di materiali interconnessi).
2) Nanooggetti: si tratta di materiali con uno, due o tre dimensioni esterne su scala nanometrica. A
seconda del numero di dimensioni esterne su scala nanometrica, i nanooggetti si possono
classificare in nanoparticelle, nanofibre o nanopiastrine.
Sulla base delle caratteristiche delle
nanofibre, viene fatta distinzione tra nanofili, nanotubi e nanobastoncini.
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Secondo le definizioni elencate, i chip per computer fanno parte dei materiali nanostrutturati, al contrario
delle particelle di biossido di titanio contenute nelle creme solari, che appartengono ai nano-oggetti (sotto
gruppo: nanoparticelle).
Slide 11:
Esempi di nanomateriali (classificati secondo il numero delle loro dimensioni):

Strutture puntiformi: particelle

Strutture lineari: nanotubi di carbonio, strutture lineari in un cristallo fotonico (fibra ottica)

Strutture a strati: strati sottili o interfacciali, per esempio nei chip

Strutture porose: aerogel (corpo solido fortemente poroso)
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3. Produzione
Slide 13:
Le nanoparticelle si formano anche in natura, per esempio durante le eruzioni vulcaniche, gli incendi
boschivi o l'erosione dei granelli di sabbia. Vengono però generate anche "involontariamente", per esempio
da una sigaretta accesa o durante la combustione di diesel.
Per realizzare le nanoparticelle per scopi tecnici (nanomateriali ingegnerizzati), viene fatta distinzione tra due
differenti principi basilari:
1) Top-down: dall'alto al basso oppure dal grande al piccolo
2) Bottom-up: dal basso verso l'alto o dal piccolo al grande
Slide 14:
Top-down: dall'albero alla tavola (un'idea di Walter Schmid e Ruedi Bürki)
Si inizia con qualcosa di grande, lo si "tritura" fino ad a formare nanostrutture o nano-oggetti. Nella
produzione di chip, la nanostruttura viene per esempio plasmata corrodendo il materiale (fotolitografia).
Un altro esempio è la produzione di nanopigmenti cromatici per stampanti a getto d'inchiostro ad alta
risoluzione. A questo proposito i grandi grani pigmentati e le piccole sfere di ceramica vengono immessi in
un tamburo rotante. Le sfere di ceramica agiscono come delle piccole macine che triturano e frantumano i
pigmenti su scala nanometrica.
Slide 15:
Bottom-up: dal germoglio all'albero
Manipolando gli atomi e le molecole, con l'ausilio di microscopi a scansione tunnel, è per esempio possibile
costruire nuove strutture. Questo metodo è tuttavia estremamente lento. Per questa ragione, in questo
processo produttivo si preferisce puntare all'autorganizzazione degli atomi e delle molecole. In questo modo
si creano delle condizioni che costringono i moduli nanometrici a legarsi nella forma voluta o a depositarsi
sulla superficie.
Prendiamo come esempio la deposizione fisica in fase gassosa (in inglese:Physical Vapor Deposition PVD).
Questo processo viene adottato per rivestire lamiere, fili di ferro, vetri o plastiche. Il materiale di rivestimento
viene bombardato con un raggio laser o un fascio ionico in una camera sottovuoto, facendo evaporare il
materiale. Il vapore è quindi deviato sull'oggetto da rivestire (per esempio con l'ausilio di un campo elettrico).
Non appena le particelle di vapore entrano in contatto con tale oggetto, si depositano sulla sua superficie (in
parole povere, condensano), "spostandosi" (si diffondono), fino a trovare il posto a loro più congeniale in
termini energetici.
Il processo Bottom-up comprende anche la galvanizzazione (precipitazione elettrochimica di un metallo su
una superficie). A questo proposito gli ioni metallici vengono disciolti per essere ridotti in metallo elementare
da applicare sulla superficie da rivestire.
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4. Perché “nano“?
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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.
“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.
“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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5. Nanotecnologie nella vita quotidiana
I processi nanotecnologici o i nanomateriali per la realizzazione di prodotti di consumo offrono svariate
possibilità di impiego: pentole resistenti ai graffi, vetri autopulenti, biciclette leggere, ma ciò nonostante
robuste, eccetera.
Slide 21:
La slide 1 mostra alcuni esempi di prodotti di consumo che potrebbero contenere nanomateriali.
Nel campo dei prodotti cosmetici, le nanoparticelle si possono per esempio impiegare in shampoo, creme o
creme di protezione solare. Il biossido di titanio su scala nanometrica (TiO2) o l'ossido di zinco (ZnO) sono
relativamente diffusi nelle creme di protezione solare, in quanto forniscono una protezione invisibile e
altamente efficace contro i raggi solari. Normalmente le nanoparticelle hanno una dimensione inferiore ai 50
nm e sono pertanto trasparenti alla luce e quindi la crema non lascia più un film bianco sulla pelle. Malgrado
ciò assorbono i raggi UVA e UVB e proteggono così molto bene la pelle dalle scottature solari.
Le lacche e i rivestimenti superficiali assumono un ruolo sempre più importante nell'industria automobilistica.
L'aggiunta di nanoparticelle di ceramica (spesso biossido di silicio, SiO 2) rende le lacche e le vernici molto
più resistenti ai graffi.
Le proprietà germicide dell'argento vengono sfruttate sempre più frequentemente mediante l’utilizzo di
argento in forma di nanoparticelle. Il nano-argento viene utilizzato nei prodotti medici, come per esempio le
fasciature, oppure per rivestire le superfici di maniglie. Il nano-argento viene incorporato anche nei prodotti
tessili e con la sua azione antibatterica previene i cattivi odori che si formano nelle calze sudate.
Gran parte delle attrezzature sportive altamente tecnologiche (telai di biciclette, racchette da tennis)
contengono nanotubi di carbonio (Carbon Nanotubes, CNT). Si tratta di piccoli tubicini di carbonio con pareti
composte da un solo strato oppure da pochi strati di atomi. Sono estremamente robusti e vengono
incorporati nelle materie plastiche e nei compositi, al fine di migliorarne le proprietà meccaniche.
Slide 22:
La banca dati “Woodrow Wilson“ (parte di un progetto americano denominato “The Project on Emerging
Nanotechnologies”:www.nanotechproject.org) è un inventario internazionale dei nanoprodotti di consumo.
Attualmente (marzo 2011) l'elenco registra 1317 prodotti. La maggior parte di tali prodotti appartiene alla
categoria ”salute e fitness“. Con un ampio margine di distanza seguono prodotti per “casa e giardinaggio“,
prodotti per l'automobile, “generi alimentari e bevande", prodotti non chiaramente attribuiti, “elettronica e
computer“, come pure prodotti per bambini.
(Fonte: www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft)
Slide 23:
La informazioni disponibili per un prodotto di consumo non sempre specificano cosa sia veramente “nano“
nel prodotto. In 565 dei prodotti riportati nella banca dati, viene però indicato il tipo di nanomateriale
impiegato. Si tratta prevalentemente di prodotti contenenti nano-argento, seguiti da prodotti con carbonio
(fuliggine, fullereni, CNT), titanio (biossido di titanio incluso), silicio (biossido di silicio incluso), zinco
(biossido di zinco incluso) e oro.
Una sintesi dei profili dei suddetti nanomateriali è pubblicata sul sito Internet della SNC:
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http://www.swissnanocube.ch/grundlagen-nano/nanomaterialien/kurzportraits.
Slide 24:
Sul sito internet della SNC si trova un quiz che illustra 42 nanoprodotti di consumo. Si tratta di scoprire i
prodotti di uso quotidiano nascosti in un appartamento loft. Ogni prodotto trovato riserva una domanda sulle
nanotecnologie. Un gioco alquanto informativo!
www.swissnanocube.ch/nanorama/
Materiale supplementare:
Per quel che concerne i prodotti di consumo, il videoportale SF propone due filmati:
SF, Kassensturz, 12 settembre 2006, Attenzione nano: http:///I consumatori non lo conoscono
(www.videoportal.sf.tv/video?id=a609eca4-7296-43d6-9f13-624b0b5386e8)
"Oggi molti prodotti di uso quotidiano, quali per esempio detersivi, cosmetici, ma anche abbigliamento,
contengono nanoparticelle. Si sa ben poco sugli effetti che queste particelle possono avere sulla salute e
sull'ambiente".
SF, telegiornale, 23 gennaio 2009, Studio nanotecnologie
(www.videoportal.sf.tv/video?id=a609eca4-7296-43d6-9f13-624b0b5386e8)
"Le cosiddette nanotecnologie vengono attualmente impiegate in quasi tutti i settori. Da molto tempo però gli
esperti richiamano l'attenzione sui possibili pericoli che possono derivare da queste minuscole particelle".
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6. Campi di applicazione
Slide 26:
Attualmente le nanotecnologie vengono impiegate in numerosi settori industriali e produttivi. Il slide fornisce
una panoramica di questi settori (fonte: depliant Hessen Nanotech “Nanoproduzione“, volume 6,
Download:www.hessen-nanotech.de/dynasite.cfm?dsmid=13995). ).

Energia: batterie (figura), supercondensatori, cellule a combustibile e cellule solari, centrali
termoelettriche
Esempi concreti possono essere: celle solari economiche e potenti componenti fotovoltaici, efficienti
accumulatori con una forma a piacere, sistemi superisolanti per componenti di finestre ed edifici,
sistemi termoelettrici per il recupero dell'energia, accumulatori di idrogeno e celle a combustibile per
nuove forme di propulsione.
Per ulteriori informazioni consultare il depliant Hessen Nanotech “Nanotecnologie nel settore
energetico (volume 9, download: www.hessen-nanotech.de/dynasite.cfm?dsmid=13995)

Prodotti di consumo: cosmetici (figura), creme antisolari, tessili antimicroboci, confezioni.
Vedere anche capitolo 5 “Nanotecnologie nella vita quotidiana“.

Automobili: vernici per copertura antigraffio (figura), materiali (schiume, polimeri), sistemi
anticorrosione, sensori, catalisi, (combustione, gas di scarico).
Per ulteriori informazioni consultare il depliant Hessen Nanotech “nanotecnologie nell'automobile"
(volume 3, download: www.hessen-nanotech.de/dynasite.cfm?dsmid=13995)

Edilizia: superfici autopulenti (figura: superficie di vetro), vetri intercambiabili, per isolamento,
anticorrosione.
Per ulteriori informazioni consultare il depliant Hessen Nanotech “Nanotecnologie nell'architettura e
nell'edilizia" (volume 7, download: http://www.hessennanotech.de/dynasite.cfm?dsmid=13995www.hessen-nanotech.de/dynasite.cfm?dsmid=13995)

Medicina/Salute: sistemi diagnostici, terapia, rilascio di principi attivi, Tissue Engineering (medicina
rigenerativa).
Esempi concreti possono essere: terapie anticancro altamente selettive, rilascio di sostanze dosabili
a lungo termine, per esempio per la cura del diabete o la neurodermite, farmaci ad azione speciale
con minori effetti collaterali, sistemi diagnostici e sistemi medici preventivi per uso personale.
Per ulteriori informazioni consultare il depliant Hessen Nanotech “Nanomedicina" (volume 2,
download: www.hessen-nanotech.de/dynasite.cfm?dsmid=13995)

Ambiente: depurazione (figura: filtri su scala nanometrica), fotocatalisi, monitoraggio ambientale.
Esempi concreti possono essere: componenti anticorrosivi per prodotti di uso quotidiano, sistemi di
trattamento per la produzione di acqua potabile ad alta efficienza, componenti per edifici leggeri e ad
alta resistenza, macchine, automobili e aerei, sostituzione di sostanze tossiche con nanomateriali
(non tossici).
Per ulteriori informazioni consultare il depliant Hessen Nanotech “Nanotecnologie nella tecnologia
ambientale dell'Assia" (volume 1, download: www.hessen-nanotech.de/dynasite.cfm?dsmid=13995)

Aspetto: trattamento antiriflesso (figura: lente antiriflesso), fotonica (fibre ottiche), memorie ottiche,
tecnica della luce.
Esempi concreti possono essere: sistemi di illuminazione a risparmio energetico con possibilità di
scegliere i colori, sistemi di trasmissione dati a prova di intercettazione, componenti ad alte
prestazioni per l'elettronica di consumo.
Per ulteriori informazioni consultare per esempio il depliant Hessen Nanotech “Nanotecnologie per
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l'industria ottica" (volume 5, download: http://www.hessennanotech.de/dynasite.cfm?dsmid=13995www.hessen-nanotech.de/dynasite.cfm?dsmid=13995)

Chimica: (Figura: Aerogel) ricerca di sostanze attive, sintesi/catalisi, sensori, monitoraggio dei
processi.
Per ulteriori informazioni consultare il depliant Hessen Nanotech “efficienza dei materiali grazie
all'impiego di nanotecnologie e nuovi materiali" (volume 14, download: www.hessennanotech.de/dynasite.cfm?dsmid=13995)

Elettronica, IT, stampa: display (per esempio OLED: organic light emitting diode = diodi luminosi
organici, figura), elettronica dei polimeri, biochip, passivazione.
Esempi concreti possono essere: memorie dati miniaturizzate con enormi capacità di
memorizzazione, laptop con prestazioni paragonabili a interi centri di elaborazione dati, monitor piatti
flessibili/arrotolabili realizzati sulla base di diodi luminosi organici.
Per ulteriori informazioni, consultare il depliant Hessen Nanotech “Nanotecnologie nella plastica"
(volume 15, download: http://www.hessen-nanotech.de/dynasite.cfm?dsmid=13995www.hessennanotech.de/dynasite.cfm?dsmid=13995)
Il livello di sviluppo delle nanotecnologie non è uguale per tutti i suddetti campi applicativi. In molti settori, i
prodotti ed i processi sono ancora in fase di ricerca. La fig. 1 riporta alcuni degli sviluppi nanotecnologici
attuali, elencati secondo il loro “ grado di maturità“. A sinistra sono riportati i nanoprodotti e processi già
presenti sul mercato, mentre a destra sono riportate le ricerche più recenti in questo ambito
Ultrastabile LeichtbauSelbstreinigende Fassadenelemente
OLED-Beleuchtung
Konstruktionsstoffe
umweltverträgliche Brandschutzmittel
Schmutzabweisende,
Funktionsoptimierter Beton
antibakterielle Wandfarben
Hocheffizienter Wärme- & Schallschutz
Korrosionsschutzschichten
Nanomembranen zur Trinkwassergewinnung
Optimierte Batterien/Akkus
Preiswerte grossflächige Solarzellen
Abgaskatalysatoren
Sensorische Umweltüberwachung
Bautechnik
Künstliche Photosynthese
Umwelt/Energie
Nanosensor Netzwerke
Kleidung mit integrierter Unterhaltungselektronik Überwachung von Körperfunktionen
Superisolierende Thermobekleidung
Aktive Bewegungsunterstützung
Textil
Ultraleichte Schutzwesten
Antibakterielle Wäsche UV geschützte Fasern
Schmutzabweisende Textilien
selbstheilende Werkstoffe
Nano-Schichtsilikate
Kohlenstoffnanoröhrchen
Carbon Black
Nanopigmente
Organische Halbleiter Schaltbarer Klebstoff
Nano-Kieselsäure
Nanoreaktoren
Künstliche Spinnenseide
Easy-to-Clean-Schichten
Polymere Nanokomposite
Reifenfüllstoffe
Schaltbare Lacke
Dünnfilmsolarzellen für Autodächer
Adaptierbare Aussenhaut
Nanokomposite als Leichtbauwerkstoffe
Thermoelektronische Abwärmenutzung
Nanopartikel als Kraftstoffzusatz
Chemie
Magnetoelektronische Sensoren
Antibeschlagschichten
Kratzfeste Lacke
Festplatten mit GMR-Lesekopf
Phase-Change-Speicher
CNT-Feldemmissionsdisplay
Siliziumelektronik <100 nm
weisse LED
Ultrapräzisionsoptiken
Millipede-Speicher
Spintronik
Optische Mikroskope mit Nanoauflösung Photonische Kristalle
Kratzfeste Brillengläser
DNA-Computing
Elektronik
Molekularelektonik
Magnetoelektronische Speicher
Automobilbau
All-Optical-Computing
Optische Industrie
Organische Leutdioden (OLED)
Quantenkyptographie
Quantenpunktlaser
Antimikrobielle Beschichtungen
Molekulare Krebsfrüherkennung
Nano-Krebstheraphie
Nanopartikel als Markerstoffe
Biokompatible Implantate
Tissue Engineering
Lab-on-a-chip-System
Intelligente Drug Delivery-Systeme
Nanoskalige Kontrastmittel
Biosensoren
Verbreitung am Markt
Prototyp
Konzept
5-10 Jahre
10-15 Jahre
Markteintritt
0-5 Jahre
Medizin
Figura 1: Stato di sviluppo delle singole applicazioni nanotecnologiciche in diversi settori commerciali (fonte: Iniziativa
nano – Progetto promozionale 2010, Ministero Federale dell'Istruzione e della Ricerca, novembre 2006; Download:
http://www.bmbf.de/pub/nano_initiative_aktionsplan_2010.pdfwww.bmbf.de/pub/nano_initiative_aktionsplan_2010
.pdf).
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7. Nano nella natura
Alla ricerca di idee innovative per nuovi prodotti, i ricercatori e gli scienziati prendono spesso spunto dalla
natura (parola chiave: “bionica“). Anche le nanotecnologie traggono spunti dalla natura. I due esempi più noti
sono la pianta del loto e il geco.
Slide 28:
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. La struttura ruvida consente inoltre di
ridurre fortemente il contatto delle singole particelle di sporco con la superficie, evitando che rimangano
attaccate e facendole portare via dalle gocce d'acqua. Dal punto di vista tecnico, la produzione artificiale di
tali nanostrutture non ha ancora raggiunto livelli maturi. Per rivestire una superficie, attualmente si utilizzano
degli strati trasparenti idrorepellenti e/o impermeabili ai grassi. Questi strati si possono applicare facilmente
con procedimento a spruzzo.
Slide 29:
Video-illustrazione dell'effetto loto della ditta STO, che produce le vernici da parete Lotusan.
Video senza commenti con testi visualizzati:
www.youtube.com/watch?v=pzGunZ1-POw
Per ulteriori informazioni consultare il modulo “effetto loto“ nel NanoTeachBox
(Download:www.swissnanocube.ch/nanoteachbox/module )
oppure il sito
www.swissnanocube.ch/fileadmin/user_upload/documents/textfiles/themen/Grundlagen/NanoTrust_Dossier_
Selbstreinigung.pdf
Slide 30:
I gechi si aggrappano facilmente sulle pareti lisce e pendono a testa in giù dal soffitto. Essi hanno sviluppato
un modo completamente speciale di adesione: hanno infatti innumerevoli peli finissimi sul lato inferiore delle
zampe. Ognuno di questi peli ha un diametro di circa 220 nm. In questo modo la zampa può adattarsi alle
rugosità più fini della superficie. Esiste però un altro motivo che spiega perché molti piccoli peli sono meglio
di una superficie liscia: non è la dimensione della superficie di contatto ad essere determinante per la forza
aderente, bensì il suo volume. Se una grande superficie di contatto viene suddivisa in tante piccole superfici
contenenti innumerevoli peli, il volume complessivo, e di conseguenza l'aderenza, aumentano!
Il potere aderente è da attribuirsi alle forze di Van-der-Waals, le quali si basano sugli spostamenti dei carichi
nelle molecole superficiali. In questo modo il geco può aderire a qualsiasi superficie – il Teflon è l'unico
materiale ad avere cariche superficiali troppo deboli e di conseguenza forze di Van-der-Waals troppo esigue.
Slide 31:
L’adesione tra le dita delle zampe e la superficie rappresenta solo la metà dei misteri di un geco. Da una
parte l’adesione deve essere abbastanza forte da tenere attaccato il geco alla superficie, dall'altra parte deve
invece cessare per consentirgli di spostarsi. Il geco risolve questo problema semplicemente "arrotolando" le
dita delle zampe - lo stesso principio di quando si stacca un nastro adesivo. La slide 4 illustra questo
processo mediante l'ausilio di una figura scaricabile dal sito www.max-wissen.de.
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Il DVD “BIONIK –il genio della natura“ del canale televisivo ORF
(http://shop.orf.at/orf/shop.tmpl?art=3686&lang=DE) contiene un filmato di circa 5 minuti che illustra
brillantemente il fenomeno dell'aderenza del geco alle superfici. Vengono inoltre mostrati degli studi che
cercano di capire il sistema delle dita del geco, al fine di utilizzarlo per scopi tecnici.
Per maggiori informazioni consultare l'opuscolo TECHMAX n. 8 del 2007 (Download: www.maxwissen.de/public/downloads/maxheft5305.pdf)
Esiste inoltre un'unità didattica dell'istituto Max-Planck sul tema "Aderire senza colla - alla scoperta dei
trucchi del geco". Fehler! Hyperlink-Referenz ungültig.Al sito www.maxwissen.de/public/downloads/maxheft5305.pdfpotete trovare fogli di lavoro, informazioni di supporto e
commenti didattico-metodici.
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