martedì 5 novembre 2013

Lettura sulle nanoscienze


LETTURA SULLE NANOSCIENZE

tratto da Riflessioni.it e scritto da G. Serenelli

La storia delle tecnologie umane riconosce almeno tre grandi rivoluzioni: quella industriale del XIX secolo, quella 'nucleare' del XX secolo e quella odierna del XXI secolo che ci vien fatto di indicare come la 'rivoluzione nanotecnologica'. Da quest'ultima ci si aspettano, oltre alla presenza di rischi di cui ancora non conosciamo pienamente la portata, grandi vantaggi specialmente in campo medico. Quella delle nanoscienze è una rivoluzione che trova le sue basi già nel secolo precedente, con le sfide poste nel 1959, il 29 dicembre, da R. P. Feynman con la sua lettura ‘There's Plenty of Room at the Bottom’ presentata al Meeting Annuale dell’American Physical Society, che offrì un premio di 1000 $ al primo che fosse riuscito a trascrivere la pagina di un libro in uno spazio 25.000 volte più piccolo ed a renderla leggibile al microscopio elettronico ed uno ulteriore al primo che fosse riuscito a costruire un motore elettrico contenuto in uno spazio cubico di un solo sessantaquattresimo di Inch. La sfida di Feynman è stata raccolta ed i limiti che aveva proposto sono stati oggi superati. 
Una definizione accettata per il termine nanoscienze stabilisce trattarsi dello studio sia di fenomeni che della manipolazione di materiali su scala atomica, molecolare e macromolecolare le cui proprietà differiscono significativamente da quelle possedute su scale maggiori. Per nanotecnologie si intendono tutte quelle tecnologie che comportano la progettazione, la caratterizzazione e l’applicazione di strutture, congegni, sistemi a dimensioni nanometriche. Nel mondo ‘nano’ la scala di misura è nanometrica ed un nanometro corrisponde ad un milionesimo di millimetro. Un normale globulo rosso del diametro medio di 7 micrometri ha, ad esempio, un diametro pari a 7000 nanometri (nm). Il limite massimo di un oggetto nanometrico è di 100 nm ed è sufficiente che almeno una delle sue dimensioni rientri in questo valore per poterlo correttamente inserire nel modo ‘nano’. Anche la macromolecola del DNA che per ogni cromosoma avrebbe, in media (il dato è assolutamente grossolano ed è utile solamente a scopo esemplificativo: la lunghezza del DNA viene calcolata in paia di basi e non ha, ovviamente, senso parlare di lunghezza media dei cromosomi.) una lunghezza, se distesa, di 5 cm, ha dimensionalità nanometrica. 
 
La particolarità di questo mondo non è solo nella scala delle dimensioni, ma anche nelle proprietà dei nanomateriali completamente differenti da quelle possedute se considerati in scale dimensionali nettamente superiori. Il comportamento di una nanoparticella d’oro è completamente diverso da quello di un frammento dello stesso metallo visibile ad occhio nudo o anche di dimensione microscopica. Le forze che agiscono nel mondo nanometrico non sono le stesse che possiamo apprezzare quotidianamente con i nostri sensi. Le forze elettromagnetiche, il moto browniano, il rapporto area superficiale/volume, con predominanza dei fenomeni interfacciali sono quelle predominanti. Le regole che valgono sono quelle della meccanica quantistica. Le conseguenze sono proprietà fisiche, chimiche, elettriche, magnetiche ed ottiche del tutto particolari assolutamente imprevedibili che non solo variano da materiale a materiale o alla densità delle nanoparticelle stesse, ma anche, per uno stesso materiale, in relazione alle dimensioni. La spiccata reattività delle nanoparticelle, i loro peculiari comportamenti, le loro capacità di autoassemblamento, e persino i loro eventuali difetti le rendono particolarmente utili per una grande varietà di applicazioni: alcune già in atto, altre in corso di rapido sviluppo. 
Le applicazioni attuali riguardano, tanto per citarne alcune, cosmetici e filtri solari, composti che combinano nanoparticelle o nanomateriali con altri tradizionali (in imballaggi antistatici, negli pneumatici e nei paraurti delle auto), rivestimenti antigraffio e resistenti al logoramento, tessuti antibatterici, idrorepellenti, antimacchia, accessori per taglio e perforazioni resistenti all’erosione, rivestimenti di pentole, elettronica (circuiti integrati), prodotti dell’industria agro-alimentare: concimi, additivi contenuti nei cibi). Nei nostri oggetti di uso quotidiano le nanoparticelle sono già presenti. Il problema è che a fronte di proprietà utili, impensabili per materiali non nanostrutturati, c’è l’incognita dei rischi posti da questi stessi materiali. Ciascuno di essi in effetti ha, in relazione al tipo, all’eventuale dopaggio, alle dimensioni, al contatto con altri materiali, alla temperatura, un comportamento peculiare. Giusto per dare un’idea della cosa, parliamo per qualche riga dell’Oro. Le nostre conoscenze classiche ci dicono che l’Oro è il più inerte dei metalli, incorruttibile, di colore giallo lucente, che fonde a 1064,43 °C. Se però consideriamo l’oro in nanoparticelle ciò non è più vero: il prezioso metallo non è più giallo, ma rosso (o blu o verde a seconda del tipo di illuminazione e della grandezza delle nanoparticelle), fonde tranquillamente a 650°C ed è per di più un ottimo catalizzatore (in range di 2-3 nm o 3-5 nm o 7-8 nm o 30-50 nm. di diametro).

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