KEEN REGIONS NANOTECNOLOGIE PER LE IMPRESE. Knowledge and Excellence in European Nanotechnology Regions

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1 KEEN REGIONS Knowledge and Excellence in European Nanotechnology Regions NANOTECNOLOGIE PER LE IMPRESE Una panoramica sulle opportunità offerte dalle nanotecnologie alle aziende per migliorare i loro prodotti e servizi 1

2 NANOTECNOLOGIE PER LE IMPRESE Una panoramica sulle opportunità offerte dalle nanotecnologie alle aziende per migliorare i loro prodotti e servizi A cura di: Maurizio Malè Grafi ca & layout: Alessandro Toffoli Editore: CRACA Soc. Coop. - Centro Regionale per l Assistenza alla Cooperazione Artigiana Realizzato nel mese di maggio 2012 Il presente lavoro è stato realizzato all interno del progetto KEEN Regions, coordinato da Veneto Innovazione. Il progetto è fi nanziato dalla Commissione Europea all interno del 7 Programma Quadro nella misura Capacities Programme - Regions of Knowledge initiative. Il progetto KEEN-Regions si pone l obiettivo di accelerare lo sviluppo delle nanotecnologie in tre regioni europee - Veneto (Italia), Rhone Alps (Francia) e Paesi Baschi (Spagna) - attraverso la logica del network, la creazione cioè di collaborazioni stabili tra i centri di ricerca di queste regioni, l attivazione di sinergie tra le aree e tra mondo della ricerca e business e la valorizzazione delle reciproche complementarità. Per raggiungere questo ambizioso obiettivo KEEN-Regions mira a: aumentare il livello di conoscenza rispetto alle strutture ed alle potenzialità di ricerca sia a livello delle singole regioni che a livello interregionale; migliorare i legami e la collaborazione tra istituzioni, enti di ricerca ed imprese nelle singole regioni; incoraggiare la cooperazione transnazionale in aree di comune interesse; concordare un piano di azione (per le nanotecnologie) comune per le tre regioni. 2

3 Introduzione Obiettivi della pubblicazione La presente pubblicazione vuole offrire una panoramica sullo stato attuale delle nanotecnologie e sulle possibili applicazioni offerte oggigiorno dalla ricerca. In particolare si vogliono far conoscere alle aziende, anche alle piccole e micro aziende, le opportunità offerte dai prodotti che utilizzano nanotecnologie. Queste saranno sempre più presenti nel mercato e conoscerle potrà fare la differenza nel lavoro di un impresa, indipendentemente dalle sue dimensioni e dal settore in cui essa opera. Il futuro è Nano Immaginate la Terra a confronto con una pallina da tennis. Ecco, ora avete il confronto tra un metro e un nanometro, ovvero un miliardesimo di metro. Solo grazie ai microscopi di ultima generazione e a tecniche sviluppate con faticose e costose ricerche l Uomo è riuscito a lavorare alla scala del nanometro. In questo secolo abbiamo le prime realizzazioni nanotecnologiche, ma siamo appena all inizio. La scienza ha aperto le porte su un nuovo mondo, in grado di portare ancora più avanti i limiti della tecnologia. Le nanotecnologie, seppur piccolissime e invisibili, hanno infatti già ora numerose applicazioni e in futuro porteranno cambiamenti sempre più grandi nei dispositivi e nel lavoro di ogni giorno. Nuove proprietà Le speciali proprietà fi sico-chimiche ottenute con le nanotecnologie sono dovute alle diverse dimensioni dei materiali: diminuendo le dimensioni di una sfera il rapporto tra superfi cie e volume aumenta, quindi uno stesso volume di materia ha una superfi cie maggiore ed entra più facilmente in contatto con reagenti, solventi e altri materiali. Sono quindi favorite le reazioni chimiche, come anche i processi fi sici. Alla scala nanometrica inoltre cambiano molte proprietà chimico-fi siche dei materiali che conosciamo, rendendoli ad esempio molto più resistenti o adattabili a diverse esigenze. 3

4 Cosa sono le Nanotecnologie? Sono le tecniche utilizzate per produrre o manipolare oggetti con dimensioni da 0,1 a 100 nanometri. Qui a destra si può vedere il loro rapporto con oggetti più piccoli (atomi) o più grandi (dai virus ai capelli umani). Una tecnologia a livello molecolare che ci potrà permettere di porre ogni atomo dove vogliamo che esso stia. Chiamiamo questa capacità nanotecnologia, perché funziona sulla scala del nanometro, che equivale ad un miliardesimo di metro. [Eric Drexler] Come si costruiscono i materiali nano? Approccio bottom-up (dal basso verso l alto): si assemblano a partire da più piccole nanoparticelle (atomi e molecole) Approccio top-down (dall alto verso il basso): si riducono le dimensioni di un materiale fi no a raggiungere il livello nanometrico. 4

5 Nanotecnologie per microaziende Utilità per le aziende Le aziende possono benefi ciare in molti modi delle nanotecnologie, in qualità di: produttori: ricerca e produzione di soluzioni nanotech (solo grandi aziende sono in grado di farlo); utilizzatori di componenti nanotech nello sviluppo dei loro prodotti e processi produttivi (attualmente circa 100 aziende in tutto il Veneto, anche piccole); utilizzatori (spesso inconsapevoli) di prodotti nanotech nel processo produttivo o nei servizi al cliente, grazie alle migliori prestazioni (ad esempio i dipintori che utilizzano vernici contenenti nanoparticelle). Vantaggi Le nanotecnologie permettono di migliorare i processi di produzione o di ottenere prodotti più resistenti, più leggeri, più duraturi o addirittura con proprietà nuove credit Progetto KEEN Regions rispetto ai prodotti tradizionali. L effi cienza della produzione può essere migliorata ad esempio dall integrazione di tecnologie nano direttamente nel processo di fabbricazione di un oggetto (ad esempio rivestimento con fi lm sottili inserito direttamente nella catena di montaggio). Salute e ambiente Essendo una tecnologia nuova bisogna studiarne i possibili effetti, in particolare delle nanoparticelle, sull organismo umano. Se usate con criterio, però, le nanotecnologie possono apportare dei benefi ci anche all ambiente, grazie a processi meno inquinanti e prodotti che usano meno risorse. Ad esempio nei trattamenti con plasma i consumi energetici sono molto bassi, quelli d acqua trascurabili e l impatto ambientale risulta praticamente nullo. Opportunità Le grandi aziende e gli istituti di ricerca, grazie alle risorse e ai laboratori che hanno a disposizione, sono i soggetti che guidano il processo di sviluppo delle nanotecnologie. Esistono però opportunità anche per le piccole e medie imprese: ci sono alcuni enti che mettono a disposizione laboratori e ricercatori per lo sviluppo di soluzioni a problemi presentati da singole aziende, che possono essere risolti grazie ad applicazioni nanotecnologiche (per maggiori informazioni e contatti si veda a pag. 33). Laboratori in affitto Uno dei più importanti laboratori cui le aziende possono ricorrere per trovare soluzioni idonee è il NANOFAB (www.nanofab.it) di Veneto Nanotech. Nato nel 2005, ha servito fi no ad oggi 68 imprese (di cui 28 PMI), che hanno commissionato lavori per un valore annuale pari a 2,8 milioni di Euro. 5

6 Esempi di applicazioni Le possibili applicazioni concrete delle nanotecnologie sono svariate: strutture come fullereni e nanotubi possono essere utilizzate in moltissimi prodotti per renderli molto più leggeri e resistenti, l integrazione di nanoparticelle di SiO 2 nei cementi da costruzione crea una microstruttura più uniforme e compatta, migliore idrorepellenza, migliore assorbimento di cristalli di Ca(OH) 2, che degradano il cemento. Polveri di ossidi di zolfo ottenute con ball milling (v. pag. 20) sono usate per la costruzione di batterie al litio ricaricabili, mentre gli ossidi di titanio (TiO 2 ), i fullereni e gli ossidi di zinco sono usati in cosmetici e creme solari, poiché assorbono gli UV e rendono le creme meno irritanti. Si sta studiando persino uno spray fotovoltaico che può essere spruzzato sul tetto per formare delle celle in grado di produrre energia elettrica e molte altre innovazioni sicuramente appariranno nei prossimi anni. La struttura del fullerene (del diametro pari a circa 10 atomi) è molto simile a quella di un pallone da calcio: gli atomi di carbonio ai vertici la rendono molto stabile. credit Fotolia/Tyler Boyes I nanotubi sono composti da atomi di carbonio; possono sostituire il silicio nei chip e sono 100 volte più resistenti dell acciaio, ma 6 volte più leggeri. Si presentano di seguito alcune applicazioni attualmente in fase di sviluppo o di prima realizzazione, divise per settore. La lista non è esaustiva, la ricerca continua a scoprire nuove strade e possibilità, ma si ritiene utile mostrare i diversi aspetti e vantaggi dell utilizzo di queste nuove tecnologie in prodotti e servizi utili alle quotidiane attività umane. 6

7 MODIFICA DEI MATERIALI Polimeri, vernici, adesivi Gli hard disk vengono realizzati disperdendo nanopolveri ceramiche in una matrice polimerica, per dissipare meglio il gran calore che si sviluppa durante il loro utilizzo 7 credit Progetto KEEN Regions

8 I Nanopolimeri La dispersione di particelle (chiamate fi ller ) in una matrice di polimeri migliora le caratteristiche di un composto: ad esempio silice e nerofumo (a cui si sta sostituendo ultimamente un più ecologico biofi ller derivato dall amido di mais) sono aggiunti nella struttura degli pneumatici per diminuire l usura e aumentare la durata delle gomme. Se poi si inseriscono delle nanoparticelle (nanofi ller), ne basta un quarto rispetto ai fi ller di dimensioni normali e si ottengono molti vantaggi, ad esempio: Incremento delle proprietà meccaniche (incremento resistenza al graffi o o alla trazione, leggerezza, fl essibilità e assorbimento urti per applicazioni nel campo sportivo o dell automotive) Proprietà funzionali avanzate (incremento dell aderenza e della stampabilità delle poliolefi ne, antibatterico, biopolimeri) Incremento barriera ai gas (modifi ca del packaging polimerico per prodotti alimentari) Incremento stabilità termica e antifi amma (rivestimenti di parti a contatto con fonti di calore, ad esempio nei motori) I contenitori per alimenti con nanoparticelle d argento nella matrice polimerica ostacolano il formarsi di muffa. Il Self Reinforced Poly Propilene (SrPP) è un polimero di nuova generazione: leggerissimo ed economico, è facilmente riciclabile ed è 6 volte più resistente del convenzionale polipropilene. Per questo sarà sempre più usato nelle automobili. Cos è un polimero? I polimeri esistono normalmente in natura, sono semplicemente delle catene di molecole che si ripetono. L uomo ha imparato a costruirne in laboratorio (i più famosi sono le plastiche). 8 Nano-schermi ultrapiatti Una nuova tecnologia sta prendendo piede per la visione delle immagini: nel futuro saranno sempre più diffuse le televisioni a OLED. Gli OLED (Organic Light Emitting Diode) si ottengono sovrapponendo più strati di fi lm sottili di polimeri conduttori (per uno spessore totale di 500 nm al massimo). Si possono così costruire schermi sottilissimi, fl essibili e compatti, che permettono una visione eccellente consumando pochissima energia.

9 Le vernici nanocomposite Le nanopolveri disperse all interno di vernici ne migliorano le proprietà: ad esempio le nanoparticelle di silossano nelle vernici acriliche le rendono fi no a 10 volte più resistenti ai graffi e all usura. Sono inoltre applicabili su molte superfi ci (legno, carta, plastica e metallo) e assorbono i raggi UV. Infi ne rendono la superfi cie su cui sono stese più stabile, duratura e persino resistente alla fi amma. Nanoparticelle di biossido di titanio od ossido di zinco, insieme all argento, permettono invece di creare vernici resistenti ad attacchi di muffe, funghi e batteri; ricercatori della Phillips University di Marburg (Germania) hanno scoperto che queste vernici possono rendere inattivo persino il virus responsabile della temibile SARS (Sindrome Acuta Respiratoria Severa). La vernice trasparente nanostrutturata (a destra) permette di resistere meglio ai danni esterni rispetto a una vernice convenzionale (a sinistra). Può essere una vernice permanente oppure un prodotto da applicare temporaneamente. Vernici speciali contenenti nanoparticelle ceramiche o nanotubi di carbonio sono usate per le automobili: oltre ad avere una maggiore brillantezza, resistono meglio a graffi e usura. Vernici mangiasmog Sono state sviluppate vernici nano in grado di assorbire fi no al 23% dell ossido di azoto prodotto dai gas di scarico delle automobili. Nanoparticelle di biossido di titanio e carbonato di calcio del diametro di 30μm permettono la fotocatalisi : luce e aria attivano l ossidazione e la conseguente decomposizione di sostanze inquinanti e tossiche (come il famoso PM10) in sostanze innocue come il calcare. 9

10 Gli adesivi Un applicazione importante delle nanotecnologie sono colle e adesivi. La miniaturizzazione delle strutture di queste sostanze permette di avere particelle molto piccole con una grande superfi cie di contatto rispetto al loro volume, garantendo così una maggiore capacità di aderire ad una superfi cie e di fi ssare tra loro due materiali. Ricercatori dell Università di Manchester hanno realizzato un potentissimo adesivo, copiato dalle microstrutture delle zampe del geco, un rettile capace di camminare su muri verticali, anche molto lisci. Le sue zampe sono dotate di milioni di minuscoli pedicelli, in grado di legarsi a qualsiasi superfi cie grazie a legami tra le molecole. Se applicato su un guanto, questo adesivo geco permetterebbe alla persona che lo indossa di rimanere sospeso al soffi tto con una mano. Copiando a livello nano la struttura del velcro, gli scienziati sono riusciti a crearne uno molto più leggero e resistente: è composto da nanotubi di carbonio, fatti crescere verticalmente su una superfi cie e con un uncino all estremità libera. I singoli uncini di due superfi ci si legano tra loro e questa forza moltiplicata per milioni di nanotubi rende l adesione estremamente potente, fi no a 3000 volte quella del velcro tradizionale e con un potere incollante 30 volte superiore rispetto ai convenzionali adesivi epossidici. 10

11 LA CONSERVAZIONE DEGLI ALIMENTI Packaging ed etichette Da etichette più complete al controllo costante dell atmosfera all interno della confezione, le nanotecnologie forniscono un valido aiuto alla corretta conservazione del cibo. 11 credit Fotolia/al62

12 Confezioni intelligenti Le nanotecnologie ci aiutano a conservare gli alimenti nel migliore dei modi e a controllare il loro stato. Come si è visto nel precedente capitolo le nanoparticelle di argento in un polimero che contiene alimenti preservano la confezione dalle muffe. Molto di più può essere fatto grazie alle nanotecnologie, ad esempio si parla di: Active packaging = miglioramento delle proprietà estetiche dell imballaggio, maggiore protezione meccanica, migliore risposta a radiazioni elettromagnetiche, comunicazione delle caratteristiche del prodotto Intelligent Packaging = capacità di registrare l invecchiamento, la contaminazione e le alterazioni del contenuto con sensori molecolari Inchiostri nanostrutturati = si possono stampare sulla confezione molte più informazioni rispetto agli attuali codici a barre, come l intera fi liera del prodotto, indicatori di prezzo e di stato di conservazione dell alimento, leggibili con speciali lettori. Molte altre possibilità si stanno sviluppando per permettere un confezionamento dei prodotti, in particolare alimentari, per fornire al cliente non solo la massima protezione ma anche la massima garanzia riguardo a origini, freschezza e stato di conservazione del prodotto. Si parla già anche di microchip e display incorporati nelle confezioni per trasmettere ogni tipo di informazioni. Gli imballaggi intelligenti possono cambiare colore a seconda delle caratteristiche del prodotto, ad esempio se la plastica si colora di blu vuol dire che la confezione è danneggiata. Indicatori intelligenti di temperatura e freschezza possono segnalare lo stato del prodotto. Può essere notifi cato anche un cambiamento della composizione dell atmosfera nella confezione a causa di un danneggiamento. Gli indicatori possono addirittura rilasciare dosi di conservanti in casi di deterioramento registrato con biosensori (electronic tongue) tramite biointerruttori ottenuti grazie alle nanotecnologie. 12

13 Etichette parlanti Gli RFID (Radio Frequency Identifi cation) Tags sono circuiti integrati di dimensioni micrometriche (10-6 m) incorporati in supporto polimerico e dotati di circuito di trasmissione radio, così piccoli che possono essere inglobati nel prodotto (ad esempio nella carta o nei gioielli) e immagazzinare molte informazioni (come i microchip degli animali). Etichetta elettronica: con le nuove tecnologie può essere ridotta a dimensioni inferiori alla capocchia di uno spillo e contenere molte più informazioni di una normale etichetta stampata Grazie ai Tags RFID l etichetta con tutte le informazioni può comparire direttamente sul cellulare Le Nanobarcode particles (NBCs), o codici a barre nano, sono formate da microscopiche strisce metalliche di argento e oro alternate, differenti per larghezza e composizione Le SENSER Tags sfruttano nanoparticelle di nm, che formano un nucleo metallico, circondato da uno strato di diverse molecole attive nel cosiddetto spettro Raman (reagiscono a fasci di luce fornendo dati nello spettro luminoso) e da un guscio di vetro. Birra fresca più a lungo! credit Speciali cristalli prodotti dalla ditta Nanocor inseriti nella plastica delle bottiglie per la birra, ne prolungano la conservazione fi no a 18 mesi, garantendo l integrità dell aroma. Le bottiglie sono più leggere, di conseguenza il trasporto è meno costoso e meno inquinante. 13

14 Polimeri biodegradabili Il grande problema generato dai rifi uti di plastica, che non si degradano nell ambiente in tempi adeguati ed emettono sostanze inquinanti, ha reso necessario cercare alternative più sostenibili. Sono nati così i biopolimeri, usati soprattutto per l imballaggio dei cibi, in primo luogo l amido di mais. Questo presenta però dei problemi: resiste poco all umidità e si rompe facilmente. Sono quindi intervenute le nanotecnologie: inserendo delle nanoparticelle di montmorillonite (un argilla) nella matrice di amido di mais si risolvono entrambi i problemi, mantenendo il polimero totalmente biodegradabile, oltre che più leggero e più resistente alle alte temperature rispetto alle classiche pellicole trasparenti. Un bel film! La produzione di fi lm (intesi come pellicole di materiale) viene infl uenzata molto positivamente dalle nanotecnologie. Queste permettono di migliorare la fi lmabilità (= proprietà di un materiale di essere trasformato in pellicola-fi lm) di molti materiali e quindi di sviluppare pellicole innovative, ad esempio commestibili o biodegradabili. Queste avranno un costo più basso di quelle esistenti e buone proprietà meccaniche e di adesione. Inserendo sostanze a base di fl uoro (sempre a livello nano) diventano ottimi protettivi (utili nell industria tessile e cartaria, nell elettronica, per i beni culturali) con elevata oleo e idrorepellenza, resitenza ai raggi UV, a sollecitazioni termiche e attacchi chimici. Computer di nanoplastica 14 Un fi lm derivato dalla proteina zeina ritarda di 6 giorni la perdita di colore, consistenza e peso dei pomodori, rispetto a quelli non ricoperti. I fi lm sottili nanocompositi (che arrivano a poche decine di nanometri di spessore) stanno prendendo piede anche nell elettronica: il System On Package (SOP) permette di sostituire il rame con materiali nanocompositi più idonei a trasmettere diversi tipi di informazioni (audio, video, comunicazione), ottenendo così chip più piccoli e veloci.

15 LA PROTEZIONE DELLE SUPERFICI Trattamenti superficiali nanostrutturati Trattamenti a base di prodotti derivati da nanotecnologie permettono una migliore resistenza e una maggiore durata delle superfi ci soggette a usura o a stress da contatto con acqua, agenti chimici o batteri. 15 Fotolia/Dinadesign

16 Le Super-superfici La realizzazione di rivestimenti nanostrutturati con proprietà chimico-fi siche e tribologiche potenziate, permette di migliorare molte caratteristiche dei materiali su cui sono applicati. Si elencano qui sotto solo alcune di queste proprietà: Antiusura e antigraffio (accessori, lenti per occhiali, vetri, componenti in plastica, componenti meccanici, ecc.) Anticorrosione (componenti meccanici metallici, utensili, superfi ci esposte ad agenti atmosferici, serramenti ecc.) Lubrificanti solidi (componenti meccanici in applicazioni ad alta velocità: valvole, alberi, cuscinetti, turbine, ecc.) Autopulenti (rivestimenti per superfi ci vetrose, lunotti e parabrezza ecc.) Antiriflesso (rivestimenti per lenti, vetri, barriere termiche ecc.) Durezza (rivestimenti per applicazioni meccaniche: stampi, utensili, lame, punte e punzoni, ecc.) Estetiche e decorative (aspetto, colorazione, luminosità, brillantezza, ecc.) Elettro/foto/termo cromici (rivestimenti per lenti, vetri per aerei, decorazioni luminose, sensori di temperatura, che cambia colore quando raggiungono una certa temperatura) Metalli preziosi (rivestimenti per bigiotteria, gioielleria, posateria, sensori di gas e sostanze tossiche) Polimerici (per impermeabilizzazioni, protezioni da agenti chimici aggressivi, trattamenti antiaderenti) Polimero visto al microscopio: in alto è evidente la struttura con proprietà di barriera Cos è la tribologia? È la scienza che studia le proprietà di attrito e usura delle superfi ci a contatto (tribos in greco signifi ca sfi oramento ) e le migliori soluzioni per la lubrifi cazione. La nanotribologia si occupa della scala nanometrica, che presenta problemi diversi e più complessi. 16

17 Tecniche di copertura Esistono diverse tecniche che consentono di depositare uno strato di spessore nanometrico, di solito metallico o ceramico, su diversi materiali, o addirittura di sovrapporre più strati nanometrici composti da materiali differenti: deposizione di vapori o tramite reagenti chimici, che si condensano sulla superfi cie per formare un rivestimento continuo; tecniche al plasma: una scarica elettrica attraversa un gas sotto vuoto e genera un plasma che deposita un sottile strato di materia sulla superfi cie da trattare; le proprietà di ogni strato possono essere modifi cate variando le caratteristiche del plasma; Thermal Spray Coating: immissione di una miscela di polveri in una miscela di gas ionizzati ad elevata temperatura; i granuli di polvere vengono accelerati fi no a una velocità di 400 m/s e spruzzati sul substrato da ricoprire; Sol-gel è la transizione di una soluzione liquida colloidale (sol) di sali metallici o composti metallo-organici in un gel, che viene poi depositato ed essiccato sulla superfi cie; si formano fi lm ultrasottili di materiali ceramici e vetrosi per ricoprimenti di diverse superfi ci. Cristallo di un auto con comportamento idrofobico autopulente grazie ad un rivestimento nano. Le gocce non aderiscono alla superfi cie e la pulizia tramite tergicristallo è molto facilitata (la metà sinistra del cristallo è stata trattata). Superfi cie in acciaio inossidabile ricoperta da una pellicola resistente all abrasione tramite sol-gel (in basso); non vengono lasciati aloni dopo la pulizia. Cos è il plasma? È un gas ionizzato, composto da elettroni e ioni non legati tra loro. Viene defi nito il quarto stato della materia, poiché ha proprietà diverse da solidi, liquidi e gas. Macchina per i trattamenti col plasma PECVD 17

18 Soluzioni per tutti i materiali Più resistente della pietra Corrosione chimica da inquinanti, fratture da escursione termica, cristallizzazione di soluzioni saline, comparsa di infi ltrazioni di umidità, muschi e alghe: i materiali lapidei sono sottoposti a continui stress che ne minacciano la pur proverbiale resistenza. Le nanotecnologie possono intervenire in aiuto di marmi, cementi e pietre naturali, proteggendoli dagli agenti esterni e dall accumulo di sporco. Si applicano ad esempio rivestimenti con effetto autopulente (le gocce di pioggia scivolano e portano via lo sporco), ma che non impediscono la traspirazione (come il prodotto Nanoprotect CS, prodotto da Nanotec Ltd). Effetto superidrofobico ed autopulente grazie al rivestimento di una superfi cie in pietra Nuovi amici per la pelle Immagine al microscopio a scansione molecolare di crosta nappa naturale (a sinistra) e dopo aver subito trattamenti al plasma (a destra), si nota la superfi cie più omogenea, che risulta totalmente impermeabile all acqua e più resistente alla decolorazione per strofi namento, importante soprattutto per i pellami più delicati, come gli scamosciati. Proteggere il legno Il legno è uno dei materiali più usati, dalle costruzioni all arredamento. I trattamenti introdotti dalle nanotecnologie ne possono allungare di molto la durata e la stabilità, ad esempio contro l attacco di muffe, insetti, fuoco e sbalzi termici. Si tratta inoltre di trattamenti atossici e non inquinanti, a differenza di quelli attualmente disponibili. Il prodotto Nanotec, prodotto dalla Nanophase Technologies, spruzzato sul legno lo difende a lungo da parassiti e batteri, grazie a nanopolveri di ossido di rame e di zinco, capaci di penetrare la struttura porosa del legno. Il rivestimento AMP (prodotto da ANC Ltd) ritarda il Superfi cie lignea resa idrofobica attraverso deposizione di fi lm sottile tramite plasma: con un trattamento di 10 minuti il legno diventa totalmente idrorepellente 18 propagarsi delle fi amme, creando un fi lm sottile che sprigiona acqua e gas ignifughi in caso d incendio, diminuendo anche la formazione di fumo.

19 MIGLIORAMENTO DEI METALLI Metalli nanostrutturati e leghe metalliche Utensili di metallo ricoperti da fi lm sottili di nitruro di titanio (TiN) o di cromo (CrN) tramite trattamenti al plasma aumentano di molto la propria resistenza e hanno una vita utile fi no a tre volte superiore rispetto a metalli non trattati. 19 credit: Fotolia / Les Cunliffe

20 Supermetalli Attraverso le nanotecnologie si possono migliorare alcune proprietà dei metalli, in particolare delle leghe metalliche, controllandone la composizione e la struttura a scala atomico-molecolare. Si agisce sulle proprietà meccaniche (resistenza, elasticità, duttilità) e sulle caratteristiche funzionali (resistenza alla corrosione, proprietà elettriche e magnetiche, ecc.). Si ottengono così metalli compatti e leggeri, resistenti al calore e all usura: talmente effi cienti da essere chiamati super metalli. Le nanopolveri metalliche sono impiegate come materiale di partenza per ottenere metalli e leghe con caratteristiche particolari, ma anche disperse in soluzioni e matrici per rendere più resistenti altri materiali. credit Come si producono le nanopolveri? Si producono con metodologie top-down, macinando polveri metalliche più grandi (ball milling): con questa tecnica si ottengono leghe, ad esempio quelle a base di alluminio o titanio, usate nella componentistica aerospaziale o in articoli sportivi. Altrimenti si possono usare le tecniche bottom-up: per evaporazione termica, bombardamento di particelle (sputtering), tecniche chimiche, metodi laser (si spara un raggio laser su un gas o un solido, creando dei nuclei intorno ai quali si formano le polveri, modifi cando la miscela di gas e altri parametri si possono controllare composizione e dimensioni delle nanopolveri). Macchinario per pirolisi laser di agenti gassosi 20

21 PULIZIA E RESISTENZA Trattamento di vetri e ceramiche Per diminuire la manutenzione di grandi superfi ci in vetro, queste si possono rendere autopulenti grazie a soluzioni nanotecnologiche. Anche proprietà come l isolamento termico e la resistenza ai graffi possono essere migliorate. credit: Fotolia/Scanrail 21

22 Ricoprimenti tuttofare Le nanotecnologie applicate a vetri e ceramiche includono trattamenti superfi ciali, creazione di nanostrutture e dispersione di nanoparticelle nella matrice per migliorarne le caratteristiche. Il ricoprimento della superfi cie vetrosa, ad esempio con fi lm sottili, permette di aumentare la resistenza, ma anche altre proprietà: antirifl esso (lenti di telecamere, macchine fotografi che, occhiali) isolamento termico (fi nestre, caminetti, stufe) antigraffi o (cristalli delle automobili, lenti degli occhiali) antibatteriche (contenitori per alimenti o usati in medicina o in laboratori di analisi) antigraffi ti (cristalli dei mezzi pubblici, vetrine) anti appannamento (lenti degli occhiali, specchi di bagni e piscine) antighiaccio (cristalli di automobili e aerei) La chiesa Dives in Misericordia, a Roma, è stata costruita con uno speciale calcestruzzo di Italcementi (a marchio TX Active ) ad azione fotocatalitica: grazie alle proprietà di autopulizia della superfi cie, mantiene inalterate nel tempo le qualità estetiche degli edifi ci. 22

23 Vetri autopulenti Si usano sempre più spesso ricoprimenti a base di nanoparticelle di diossido di titanio (TiO 2 ), che rompono i legami chimici dei materiali organici che si depositano sulla superfi cie. In questo modo viene facilitata la rimozione dello sporco, ad esempio da parte di vento e pioggia che portano via le particelle depositate, le quali non riescono ad aderire alla superfi cie. Queste superfi ci si asciugano anche più velocemente, perche l acqua forma uno strato molto sottile e scivola via in fretta, senza formare legami con il materiale rivestito. Tali proprietà sono state riprese dalla natura, in particolare dalla pianta del loto, che si mantiene continuamente asciutta e pulita grazie alla microstruttura della superfi cie fogliare. Il loto, pianta acquatica famosa per il suo splendido fi ore, presenta delle minuscole protuberanze sulla superfi cie delle foglie, che ne aumentano la rugosità e impediscono alle gocce d acqua di aderire. L acqua scivola via dalle foglie e trascina con sé le particelle di sporco, lasciando la superfi cie libera e pulita, pronta ad accogliere tutta la luce solare per la fotosintesi Schema del comportamento superidrofobico autopulente, che imita l effetto loto su superfi ci artifi ciali, grazie a ricoprimenti nanotecnologici. Tale tecnologia può essere applicata a superfi ci di vetro, come ad esempio i box doccia o le vetrate degli edifi ci, in modo da mantenerle sempre pulite e senza aloni o depositi di calcare, ma anche ai pannelli fotovoltaici per migliorarne l effi cienza grazie all eliminazione dello sporco. 23

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