Il documento descrive una piattaforma educativa sulle nanotecnologie destinata a scuole e istituti tecnici, fornendo nozioni fondamentali sulla scala nanometrica e sulle applicazioni delle nanotecnologie. Vengono illustrati i materiali nanostrutturati, i processi di produzione e le proprietà uniche dei nanomateriali, nonché esempi di applicazioni nella vita quotidiana. Infine, si presentano anche fenomeni naturali che sfruttano la nanostruttura per funzioni come l'autopulizia delle foglie di loto.

1. Piattaforma educativa per micro e nanotecnologie ideata
per scuole scuole e professionali e istitutiistituti tecnici
ideata per medie medie, professionali e tecnici
Modulo delle nozioni di base
Versione complessiva
Swiss Nano-Cube)
Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St.Gallen
Tel. +41 (0) 71 274 72 66, info@swissnanocube.ch
www.swissnanocube.ch

2. 1. Quanto è piccolo un “nano”?
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3. La definizione di nano
 Nano deriva dal greco (nanos = nano)
 1 Nanometro = 1/1‘000‘000 mm ≈ 3 atomi d'oro
100 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)
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4. La nanodimensione – ordine di grandezza
Fonte: Fonds der chemischen Industrie FCI – set di film)
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5. La nanodimensione – ordine di grandezza
Il classico cortometraggio di Charles e Ray Eames girato nel 1977
Fonte: http://www.powersof10.com/
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6. La nanodimensione – ordine di grandezza
Sito Internet “Scale of the Universe“
Fonte: http://primaxstudio.com/stuff/scale_of_universe/
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7. La nanodimensione – ordine di grandezza
 Rapporto terra/pallone = Rapporto pallone/fullereni
Fonte: Universität Mainz Fonte: www.surf.nuqe.nagoya-u.ac.jp
Fonte: Dr. Martin Schubert Kompetenzzentrum cc-NanoChem e. V.
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8. 2. Definizioni
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9. Cosa sono le nanotecnologie?
Le nanotecnologie …
… racchiudono ricerca e sviluppo tecnologico in un campo da
1 nm a 100 nm
… creano e utilizzano strutture che in virtù delle loro dimensioni mostrano
proprietà 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
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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
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11. Che cos'è un nanomateriale ?
 Materiali nanostrutturati
(struttura interna o struttura superficiale in scala nanometrica)
 Nanooggetti
CEN ISO/TS 27687
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12. Esempi
Nanoparticelle Nanotubi di carbonio Cristallo fotonico
(ossido di zinco) multiparete
Strato Superficie di limite Chip (AMD K8)
Dimensione della Aerogel
struttura≤ 130 nm (corpi solidi estremamente
porosi)
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13. 3. Produzione
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14. Da dove provengono le
nanoparticelle?
 Nanoparticelle di fonti naturali
− Eruzioni vulcaniche
− Incendi boschivi
− Tempeste di sabbia
 Nanoparticelle causate dall'uomo
− Fumo di sigarette
− Traffico (veicoli diesel)
− Industria
 Generazione industriale di nanostrutture
− Top-down
− Bottom-up
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15. Generazione di nanostrutture
dell'albero
Top-down: “dall'alto in basso”
Generazione di strutture su scala nanometrica tramite
riduzione ovvero lavorazione ultraprecisa dei materiali
Procedimento
Frantumazione di polveri con mulini a sfere
Processo di corrosione (fotolitografia)
alla tavola
Strutturazione di fasci ionici o elettronici
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16. Generazione di nanostrutture
dai germi
Bottom-up: “dal basso verso l'alto”
Creazione di complesse strutture, spesso
autoorganizzanti (self-assembly), formate da singoli
atomi o molecole
Procedimento:
 Processo Sol-Gel
 Sintesi delle fasi di gas all'albero
 Deposizione chimica nella fase gassosa (chemical
vapor deposition, CVD)
 Deposizione fisica della fase gassosa (physical
vapor deposition, PVD)
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17. 4. Perché “nano”?
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18. Nuove proprietà
 I nanomateriali mostrano "nuove" proprietà.
 Per esempio l'alluminio:
− 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
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19. Nuove proprietà
Vetro rubino all’oro nel medioevo
Una volta, per produrre il vetro rubino si aggiungeva una miscela d'oro
finemente suddivisa.
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20. Effetti nano
Nuove proprietà come effetti delle nanotecnologie
 Proprietà dovute alle dimensioni (per esempio nanocarrier nella medicina)
 Superidrofobia (per esempio l'effetto 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)
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21. 5. “Nanotecnologie” nella vita
quotidiana
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22. Nanotecnologie nei prodotti di
consumo
TiO2 come protezione UV:
SiO2 come additivo per lacche
Nanoparticelle nelle creme solari e nei
cosmetici e vernici antigraffio
Nanoargento (azione Nanotubi di carbonio (CNTs)
antimicrobica e soppressione Incoporati nel materiale del telaio
degli odori per aumentare la stabilità
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23. Nanotecnologie nei prodotti di
consumo
1317 prodotti
(Marzo 2011)
Fonte: www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/
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24. Nanotecnologie nei prodotti di
consumo
565 prodotti
(Marzo 2011)
Fonte: www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/
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25. Quiz Nanorama loft
www.swissnanocube.ch/nanorama
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26. 6. Campi di applicazione
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27. Importanti applicazioni
Energia Prodotti di consumo Automobili
Campi di
applicazione
IT, elettronica
Edilizia
Chimica Medicina
Ottica Ambiente
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28. 7. Nano nella natura
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29. Mai più sporchi
Ecco perché la foglia di loto rimane sempre pulita.
 “L'autopulizia” delle foglie di loto si
basa sulla micro e
nanostrutturazione della superficie
della foglia.
 Le gocce d'acqua imperlano la
superficie portando via tutte le
particelle di sporco.
 Microstrutture con
nanocristalli di cera sulla
superficie della foglia
(microscopio elettronico a
scansione)
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30. Mai più sporchi
Ecco perché la foglia di loto rimane sempre pulita.
 Videoillustrazione dell'effetto loto
 Applicazione dell'effetto, per esempio sui colori di facciate
(Lotusan)
Fonte: www.youtube.com/watch?v=pzGunZ1-POw
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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 all'interno
dell'atomo.
Fonte: www.uni-saarland.de; figura: S. Gorb, MPI für Metallforschung, Stuttgart
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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.
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