NANOFAB, UN LABORATORIO PER LA RICERCA INDUSTRIALE NEL SETTORE DELLE NANOTECNOLOGIE

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1 Attenzione: la Guida che state stampando è aggiornata al 10/07/2008. I file allegati con estensione.doc,.xls,.pdf,.rtf, etc. non verranno stampati automaticamente; per averne copia cartacea è necessario aprire il singolo allegato e stamparlo. File PDF creato in data 11/07/2008 Per maggiori informazioni rivolgersi: Servizio Legislazione Industriale e del Territorio Piazza Castello Vicenza tel fax economico@assind.vi.it NANOFAB, UN LABORATORIO PER LA RICERCA INDUSTRIALE NEL SETTORE DELLE NANOTECNOLOGIE Introduzione Capitolo n. 1. Cosa sono le nanotecnologie Capitolo n. 2. Materiali sinterizzati tramite pressatura ad alta velocitá di polveri metalliche (HVC) Capitolo n. 3. Rivestimenti da fase a vapore con plasma (PECVD) Capitolo n. 4. Rivestimenti attraverso la tecnica cold spray Capitolo n. 5. Rivestimenti attraverso la tecnica sol gel Capitolo n. 6. Rivestimenti e trattamenti superficiali al plasma atmosferico Introduzione NANOFAB, un laboratorio per la ricerca industriale nel settore delle nanotecnologie NANOFAB: LA NANOFABRICATION FACILITY DEL VENETO Uno dei primi laboratori italiani completamente dedicati alla ricerca applicata e al trasferimento delle nanotecnologie alla produzione industriale. Il 7 ottobre 2005 è stata inaugurata presso il Parco Scientifico di Venezia, la NanoFabrication Facility del Veneto, uno dei primi laboratori italiani completamente dedicati al trasferimento delle nanotecnologie alla produzione industriale. I laboratori sono gestiti da Nanofab Scarl una società consonsortile senza fini di lucro, costituita da VEGA Scarl, Parco Scientifico Tecnologico di Venezia, e dall Associazione CIVEN (Coordinamento Interuniversitario Veneto per le Nanotecnologie), che è stata fondata nel 2003 dall Università degli Studi di Padova, dall Università Ca Foscari di Venezia e dall Università degli Studi di Verona. Nanofab è una piattaforma tecnologica d avanguardia per la ricerca applicata e l innovazione tecnologica a favore delle imprese, si estende su una superficie di 2700 m2 ed è stata realizzata con un investimento complessivo di oltre 20 milioni di Euro, cofinanziati dall Unione Europea, dalla Regione del Veneto e da VEGA. Nanofab è stata costituita nell ambito del primo Distretto Tecnologico Italiano per le nanotecnologie, Veneto Nanotech, avviato con un finanziamento complessivo di circa 60 MLN di Euro. A tal riguardo la Regione del Veneto, il MIUR (Ministero dell Istruzione dell Università e della Ricerca), le Università Venete assieme agli Enti Locali e ad altre istituzioni pubbliche e private hanno sottoscritto un protocollo d intesa finalizzato alla realizzazione di un polo d eccellenza internazionale nell ambito della ricerca di base e delle nano applicazioni sui materiali. La missione di Nanofab consiste principalmente nel promuovere l incontro tra il sistema della ricerca e il mondo imprenditoriale per favorire la competitività sistema produttivo. Le aziende possono commissionare a Nanofab progetti di ricerca e sviluppo, usufruire del know how tecnico-scientifico

2 dello staff di ricercatori qualificati oppure utilizzare le apparecchiature impiegando il proprio personale al fine di realizzare prototipi dalle migliori performance e qualità, fino a giungere a nuove linee di produzione. APPLICAZIONI DELLE NANOTECNOLOGIE NEI SETTORI DELLA MECCANICA, DELLA PELLETTERIA, DELL OREFICIERIA E DELLA PIETRA NATURALE Nanofab è il punto di riferimento per gli imprenditori che vogliono realizzare innovazione di prodotto e di processo in quanto offre servizi high-tech per lo sviluppo di prototipi nei settori più vari, in particolare quello della meccanica, della pelletteria, dell oreficieria, argenteria e dei materiali in generale. Lo staff scientifico dei laboratori dispone di strumenti e processi di preparazione e deposizione per la realizzazione di materiali sinterizzati con propietà meccaniche eccezionali, di rivestimenti e trattamenti superficiali (anti usura, anti graffio, anticorrosione, decorativi, idrofobici, ecc.).

3 Capitolo n. 1 Cosa sono le nanotecnologie Misure AFM (miscroscopio atomico a scansione di sonda) realizzate presso i laboratori di Nanofab Le nanotecnologie sono, secondo una definizione della National Science Foundation (Nsf) degli Stati Uniti, una rivoluzione scientifica e tecnologica fondata sulla recente acquisizione della capacità di misurare e organizzare la materia a livello della nanoscala: da 1 a 100 miliardesimi di metro. La nanoscala è una dimensione qualitativa nuova, perché la materia cessa di comportarsi come la vediamo fare a livello macroscopico, seguendo le leggi della fisica e della chimica classiche, ma assume un comportamento nuovo dominato dalla meccanica quantistica, dove la fisica quantistica, la chimica, la biologia, la scienza dei materiali e l ingegneria convergono verso i medesimi principi e strumenti. Il termine nanoscienza indica la capacità di studiare, assemblare e caratterizzare la materia a livello di dimensioni comprese tra 100 e 1 nanometri, che significa operare a livello molecolare, in quanto un 1 nanometro (nm) è un milionesimo di millimetro e corrisponde all incirca a 10 volte la grandezza dell atomo dell idrogeno. Le dimensioni di una piccola molecola sono intorno ad 1 nm e quelle di una proteina intorno a 10 nm.

4 Capitolo n. 2 Materiali sinterizzati tramite pressatura ad alta velocitá di polveri metalliche (HVC) I materiali sinterizzati sono l esito di un processo di consolidamento che ha inizio con la pressatura ad alta velocità di polveri nanostrutturate tramite HVC (High Velocity Compaction). Questa tecnica consente di ottenere dei verdi con alte densità vicine al 100% e conferisce proprietà meccaniche eccezionali. I materiali pressati vengono poi sinterizzati al fine di creare un legame metallico che consolida la forma precedentemente acquisita ottenendo in questo modo gli oggetti finiti o semilavorati. SETTORI DI APPLICAZIONE componenti meccanici per l automobile componenti per serramenti componentistica sportiva componenti per elettrodomestici, ecc.

5 Capitolo n. 3 Rivestimenti da fase a vapore con plasma (PECVD) Il PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition è una tecnica di deposizione in vuoto che consente di rivestire qualsiasi tipo di superficie con film sottili di materiali metallici e ceramici. Molto brevemente la tecnica consiste nel crescere dei rivestimenti su di un substrato a partire da precursori immessi nel reattore di deposizione in fase vapore. I precursori possono essere gassosi (ossigeno, azoto, acetilene, ecc.) oppure liquidi/solidi. In quest ultimo caso è necessario un sistema di vaporizzazione del precursore che consenta la sua evaporazione/sublimazione e il trasporto del vapore in camera mediante un gas neutro di trasporto. L assistenza del plasma (RF o MW glow discharge) durante la deposizione garantisce la possibilità di abbassare la temperatura di deposizione e di aumentare l energia di condensazione fornita al rivestimento in crescita. La stechiometria dei composti depositati e la qualità dei rivestimenti dipendono da numerosi parametri quali la pressione in camera, la purezza dei precursori, i flussi di gas, l assistenza ionica, la temperatura, ecc. Applicazione della tecnica PECVD per la realizzazione di rivestimenti: Decorativi (accessori, occhialeria, bigiotteria-gioielleria, accessori per la casa: posateria, rubinetteria, ecc.) Antiusura (accessori, lenti per occhiali, vetri, componenti in plastica, componenti meccanici ecc.) Anticorrosione (componenti meccanici metallici, utensili, superfici esposte ad agenti atmosferici, serramenti ecc.) Lubrificanti solidi (componenti meccanici in applicazioni ad alta velocità: valvole, alberi, cuscinetti, turbine, ecc.) Duri (rivestimenti per applicazioni meccaniche: stampi, utensili, lame, punte e punzoni, ecc.)

6 Capitolo n. 4 Rivestimenti attraverso la tecnica cold spray COLD SPRAY : La tecnica consiste in un sistema di deposito a secco di polveri ad altissima velocità ( m/sec) permettendo quindi una perfetta adesione per effetto cinetico delle particelle alla superficie da rivestire con relativa formazione di un layer privo di porosità. La tecnica di cold spray è nelle primissime fasi di valutazione industriale. Questa tecnica si svincola dalla necessità di avere un solvente o un mezzo liquido per depositare la protezione superficiale e funziona a temperatura ambiente. Usato in processi di deposizione su metalli, ceramici e vetri, nuova promettente frontiera della ricerca è l utilizzo di tale tecnica per la metallizzazione di superfici polimeriche.il sistema sarà completo di un robot per il controllo della deposizione. Tale apparato è necessario per lo svolgimento delle attività di ricerca del progetto sviluppo di sistemi polimerici nanocompositi Applicazione della tecnica Cold Spray per la realizzazione di rivestimenti: Antiusura (accessori, componenti meccanici metallici, in plastica, ecc.) Anticorrosione (componenti meccanici metallici, superfici esposte ad agenti atmosferici, serramenti, ecc.) Duri, conduttivi e antistatici Cold sprayed electric screening coating on a thermoplastic housing

7 Capitolo n. 5 Rivestimenti attraverso la tecnica sol gel Attraverso la tecnica sol-gel è possibile preparare, a temperature relativamente basse, materiali a base di ossidi inorganici e a matrice ibrida organico-inorganica con specifiche caratteristiche di durezza, resistenza, chimica, porosità e resistenza termica. Applicazioni della tecnica SOL GEL per la realizzazione di rivestimenti: Decorativi (accessori, occhialeria, bigiotteria-gioielleria, accessori per la casa: posateria, rubinetteria, ecc.) Antiusura (accessori, lenti per occhiali, vetri, componenti in plastica, ecc.) Anticorrosione (componenti meccanici metallici, superfici esposte ad agenti atmosferici, serramenti, ecc.) Autopulenti, idrofobici (rivestimenti per superfici vetrose, plastiche, ecc.) Antiriflesso (rivestimenti per lenti, vetri, barriere termiche, ecc.) Elettro/foto/termo cromici (rivestimenti per lenti, vetri per aerei, ricoprimenti sensibili alla temperatura, ecc.) Effetto anticorrosione Effetto autopulente

8 Capitolo n. 6 Rivestimenti e trattamenti superficiali al plasma atmosferico Il PLASMA ATMOSFERICO: è una tecnica basata sull impiego di un plasma prodotto a pressione atmosferica, la temperatura del gas è inferiore a 300 C, e la superficie trattata si scalda in un intervallo di temperatura compreso tra i C, questo consente di trattare materiali organici come le materie plastiche che non tollerano carichi termici elevati. Il plasma atmosferico è un processo usato principalmente per trattamenti locali, come la pulizia o l attivazione di superfici al fine di ottenere una migliore successiva incollatura e bagnabilità. I substrati che possono essere funzionalizzati mediante questa tecnica sono diversi: polimeri, metalli, ceramiche, vetri e materiali ibridi. Tale apparato è necessario per lo svolgimento delle attività di ricerca del progetto sviluppo di sistemi polimerici nanocompositi. La tecnica del Plasma atmosferico consente di attivare in modo efficacie delle superfici per favorire il successivo trattamento di incollaggio e verniciatura. L attivazione può essere associata a processi di deposizione per la realizzazione di rivestimenti: Duri, antigraffio, resistenza all usura (rivestimenti per applicazioni meccaniche: stampi, utensili, lame, punte e punzoni, ecc.) Polimerici (per impermeabilizzazioni e migliorare le proprietà di diffusione delle plastiche protezioni da agenti chimici aggressivi, trattamenti antiaderenti, ecc.)

9 Confindustria Vicenza