Grundlagen modul it

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  • 1. Piattaforma educativa per micro e nanotecnologie ideataper scuole scuole e professionali e istitutiistituti tecniciideata per medie medie, professionali e tecniciModulo delle nozioni di baseVersione complessivaSwiss Nano-Cube)Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St.GallenTel. +41 (0) 71 274 72 66, info@swissnanocube.chwww.swissnanocube.ch
  • 2. 1. Quanto è piccolo un “nano”?© 2011 - Swiss Nano-Cube 2
  • 3. La definizione di nano Nano deriva dal greco (nanos = nano) 1 Nanometro = 1/1‘000‘000 mm ≈ 3 atomi doro100 m = 1,0 =1m (1 metro)10-3 m = 0,001 m = 1 mm (1 millimetro)10-6 m = 0,000 001 m = 1 μm (1 micrometro)10-9 m = 0,000 000 001 m = 1 nm (1 nanometro)© 2011 - Swiss Nano-Cube 3
  • 4. La nanodimensione – ordine di grandezza Fonte: Fonds der chemischen Industrie FCI – set di film)© 2011 - Swiss Nano-Cube 4
  • 5. La nanodimensione – ordine di grandezzaIl classico cortometraggio di Charles e Ray Eames girato nel 1977 Fonte: http://www.powersof10.com/© 2011 - Swiss Nano-Cube 5
  • 6. La nanodimensione – ordine di grandezzaSito Internet “Scale of the Universe“ Fonte: http://primaxstudio.com/stuff/scale_of_universe/© 2011 - Swiss Nano-Cube 6
  • 7. La nanodimensione – ordine di grandezza Rapporto terra/pallone = Rapporto pallone/fullereniFonte: Universität Mainz Fonte: www.surf.nuqe.nagoya-u.ac.jp Fonte: Dr. Martin Schubert Kompetenzzentrum cc-NanoChem e. V.© 2011 - Swiss Nano-Cube 7
  • 8. 2. Definizioni© 2011 - Swiss Nano-Cube 8
  • 9. Cosa sono le nanotecnologie?Le nanotecnologie …… racchiudono ricerca e sviluppo tecnologico in un campo da1 nm a 100 nm… creano e utilizzano strutture che in virtù delle loro dimensioni mostranoproprietà completamente innovative… si basano sulla capacità di controllare e manipolare su scala atomica… uniscono i classici rami di chimica, fisica e biologia Fonte: www.nano.gov/html/facts/whatIsNano.html© 2011 - Swiss Nano-Cube 9
  • 10. Fondere le discipline Chimica fisica Scienze dei materiali Microelettronica/Meccatronica Fisica Fisica Chimica Chimica Nano- Nano- tecnologie tecnologie Biofisica Biochimica Biologia Biologia Tecnica medicinale Farmaceutica Fisica medicinale Diagnostica© 2011 - Swiss Nano-Cube 10
  • 11. Che cosè un nanomateriale ?  Materiali nanostrutturati (struttura interna o struttura superficiale in scala nanometrica)  Nanooggetti CEN ISO/TS 27687© 2011 - Swiss Nano-Cube 11
  • 12. EsempiNanoparticelle Nanotubi di carbonio Cristallo fotonico(ossido di zinco) multipareteStrato Superficie di limite Chip (AMD K8) Dimensione della Aerogel struttura≤ 130 nm (corpi solidi estremamente porosi)© 2011 - Swiss Nano-Cube 12
  • 13. 3. Produzione© 2011 - Swiss Nano-Cube 13
  • 14. Da dove provengono lenanoparticelle? Nanoparticelle di fonti naturali − Eruzioni vulcaniche − Incendi boschivi − Tempeste di sabbia Nanoparticelle causate dalluomo − Fumo di sigarette − Traffico (veicoli diesel) − Industria Generazione industriale di nanostrutture − Top-down − Bottom-up© 2011 - Swiss Nano-Cube 14
  • 15. Generazione di nanostrutture dellalberoTop-down: “dallalto in basso”Generazione di strutture su scala nanometrica tramiteriduzione ovvero lavorazione ultraprecisa dei materialiProcedimentoFrantumazione di polveri con mulini a sfereProcesso di corrosione (fotolitografia) alla tavolaStrutturazione di fasci ionici o elettronici© 2011 - Swiss Nano-Cube 15
  • 16. Generazione di nanostrutture dai germiBottom-up: “dal basso verso lalto”Creazione di complesse strutture, spessoautoorganizzanti (self-assembly), formate da singoliatomi o molecoleProcedimento: Processo Sol-Gel Sintesi delle fasi di gas allalbero Deposizione chimica nella fase gassosa (chemical vapor deposition, CVD) Deposizione fisica della fase gassosa (physical vapor deposition, PVD)© 2011 - Swiss Nano-Cube 16
  • 17. 4. Perché “nano”?© 2011 - Swiss Nano-Cube 17
  • 18. Nuove proprietà I nanomateriali mostrano "nuove" proprietà. Per esempio lalluminio: − Il foglio di alluminio è chimicamente molto stabile e per questo poco reattivo. − Le nanoparticelle di alluminio, invece, bruciano in modo esplosivo e vengono utilizzate come propellente per missili. Fonte: www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,656774,00.html© 2011 - Swiss Nano-Cube 18
  • 19. Nuove proprietàVetro rubino all’oro nel medioevoUna volta, per produrre il vetro rubino si aggiungeva una miscela dorofinemente suddivisa.© 2011 - Swiss Nano-Cube 19
  • 20. Effetti nanoNuove proprietà come effetti delle nanotecnologie Proprietà dovute alle dimensioni (per esempio nanocarrier nella medicina) Superidrofobia (per esempio leffetto loto) Elevata superficie specifica: elevata reattività, (per esempio acciaio piroforico) Migliore stabilità meccanica (per esempio CNT) Proprietà termiche ed elettriche alterate (per esempio CNT) Proprietà ottiche alterate (per esempio il nanooro, cristalli liquidi) Superparamagnetismo (per esempio ferrofluidi)© 2011 - Swiss Nano-Cube 20
  • 21. 5. “Nanotecnologie” nella vita quotidiana© 2011 - Swiss Nano-Cube 21
  • 22. Nanotecnologie nei prodotti diconsumoTiO2 come protezione UV: SiO2 come additivo per laccheNanoparticelle nelle creme solari e neicosmetici e vernici antigraffio Nanoargento (azione Nanotubi di carbonio (CNTs) antimicrobica e soppressione Incoporati nel materiale del telaio degli odori per aumentare la stabilità© 2011 - Swiss Nano-Cube 22
  • 23. Nanotecnologie nei prodotti diconsumo 1317 prodotti (Marzo 2011) Fonte: www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/© 2011 - Swiss Nano-Cube 23
  • 24. Nanotecnologie nei prodotti diconsumo 565 prodotti (Marzo 2011) Fonte: www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/© 2011 - Swiss Nano-Cube 24
  • 25. Quiz Nanorama loft www.swissnanocube.ch/nanorama© 2011 - Swiss Nano-Cube 25
  • 26. 6. Campi di applicazione© 2011 - Swiss Nano-Cube 26
  • 27. Importanti applicazioni Energia Prodotti di consumo Automobili Campi di applicazioneIT, elettronica Edilizia Chimica Medicina Ottica Ambiente © 2011 - Swiss Nano-Cube 27
  • 28. 7. Nano nella natura© 2011 - Swiss Nano-Cube 28
  • 29. Mai più sporchi Ecco perché la foglia di loto rimane sempre pulita.  “Lautopulizia” delle foglie di loto si basa sulla micro e nanostrutturazione della superficie della foglia.  Le gocce dacqua imperlano la superficie portando via tutte le particelle di sporco.  Microstrutture con nanocristalli di cera sulla superficie della foglia (microscopio elettronico a scansione)© 2011 - Swiss Nano-Cube 29
  • 30. Mai più sporchi Ecco perché la foglia di loto rimane sempre pulita.  Videoillustrazione delleffetto loto  Applicazione delleffetto, per esempio sui colori di facciate (Lotusan) Fonte: www.youtube.com/watch?v=pzGunZ1-POw© 2011 - Swiss Nano-Cube 30
  • 31. Aderire senza colla Ecco perché il geco non cade dal soffitto.  Le strutture aderenti sono composte da peli finissimi (Ø ca. 200 nm)  I peli consentono di aderire su qualsiasi superficie  Ciò viene reso possibile dalle cosiddette “forze di Van-der-Waals“, le quali si basano sugli spostamenti dei carichi allinterno dellatomo. Fonte: www.uni-saarland.de; figura: S. Gorb, MPI für Metallforschung, Stuttgart© 2011 - Swiss Nano-Cube 31
  • 32. Aderire senza colla Ecco perché il geco non cade dal soffitto.  I geco si attaccano a quasi tutte le superfici.  "Rotolando" le dita, possono interrompere il contatto.© 2011 - Swiss Nano-Cube 32