NANOSISTEMI. Fabrizio Mancin

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1 Università U di of Padova T Chimica Organica II NANOSISTEMI Fabrizio Mancin Dipartimento di Scienze Chimiche Edificio Chimica Organica, II Piano, Stanza 5 tel , [email protected],

2 Chimica Organica II Obiettivi formativi del corso: Il corso si propone di introdurre gli studenti a mondo dei nanostistemi, con particolare attenzione alle nanoparticelle. In particolare, verranno prese in considerazione i metodi di preparazione e le proprietà delle principali classi di nanoparticelle. Tipologie di nanosistemi Proprietà e stabilità Metodi di preparazione Metodi di caratterizzazione Cenni sulle possibili applicazioni

3 Chimica Organica II Nanoscienza e Nanotecnologia Nanoscienza: studio delle proprietà e della preparazione di di materiali nella scala dei nanometri. Nanotecnologia: progettazione, la caratterizzazione, la produzione e applicazione di strutture, dispositivi, sistemi, mediante l uso di materiali nella scala nanometrica There's Plenty of Room at the Bottom December 29th, 1959 Richard Feynman

4 Le dimensioni degli oggetti Globuli rossi: 1000 nm Batterio: 1000 nm Microelettrodo: 100 nm Virus: 100 nm Transistor: 30 nm Proteina: 10 nm DNA: 2 nm Nanoparticella: 10 nm Ciclodestrina: 1 nm atomo: 0.1 nm

5 Ancora sulle dimensioni Legame C-C: 0.15 nm C 60 : 0.8 nm (3000 nm) (200 nm) (50 nm) ( nm) Micoplasma: 200 nm (10 nm) (10 nm)

6 Quante dimensioni? 1 nano-dimensione: film sottili 5 µm 2 nanodimensioni: nanofili 3 nanodimensioni: nanoparticelle

7 Anche il vuoto è nano Materiali mesoporosi: ciò che è nano sono i buchi! Il nano nel nano: nanoparticelle mesoporose, nanocapsule

8 Materiali nanocompositi Cristalli di nanoparticelle Materiali con nanoparticelle inglobate

9 Materiali nanostrutturati Sulla superficie o all interno del materiale vengono create delle nanostrutture

10 Nanostrutture naturali Diatomee (micromolluschi) Terre diatomacee Filtrazione Dentifrici Abrasione Dinamite Foglia di loto (superidrofobica) Dita del geco (superadesive)

11 Nanocose nella nostra vita Orsetto di peluche con nanoparticelle di argento Terra diatomacea, zucchero di canna e aceto: integratore alimentare Struccatore con nanoparticelle di ossido di zinco e micelle Racchetta da tennis al fullerene Detergente per superfici con nanoparticelle di argento e silice Crema antirughe con nanoparticelle di silice

12 Nanofabbricazione: top-down Mulino a palle Nanolitografia Circuiti integrati (45 nm e meno)

13 Nanofabbricazione: top-down Dip-pen litography Focused ion beam

14 Nanofabbricazione: bottom-up NCS H 2 N H N H N S

15 Nanoparticelle e affini Nanoparticelle: oggetti che si comportano come entità singole, in termini di proprietà e trasporto, di dimensioni comprese tra 1 e 100 nm. Nanocristallo: cristalli singoli con almeno una dimensione al di sotto di 100 nm Nanocluster: insieme di atomi legati covalentemente di dimensioni tra 1 e 10 nm. Nella definizione originale doveva contenere legami covalenti metallo-metallo, ma ora anche fullerene e borano sono considerati cluster. C 60 B 12 H 12 2-

16 Tipologie di nanoparticelle Virtualmente, ogni materiale noto può essere utilizzato per formare nanoparticelle: Fullerene, nanotubi di carbonio, grafene, nanoscroll Dendrimeri Aggregati di tensioattivi Nanoparticelle polimeriche, microemulsioni, nanoparticelle organiche Nanoparticelle metalliche (Au, Ag, Cu, Pt, Pd, ma anche Si, C) Nanoparticelle di semiconduttori (ZnS, SeCd, TeCd, ) Nanoparticelle di ossidi (ZnO, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, Fe 3 O 4 ) Molecole Nanoparticelle soft Confinamento quantico Le morfologie possono essere molto differenti: Sfere o poliedri (nanoparticelle) Cilindri o sfere allungate (nanorod) Gusci vuoti o particelle multistrato (nanoshell e core-shell) Stelle a 4 punti (tetrapods) Altre strutture