Se chiedessimo a dei bambini la prima cosa che viene loro in mente sentendo la parola ‘nanomondo’, probabilmente ci risponderebbero “un piccolo mondo” popolato dai simpatici personaggi di una ben nota favola.
Le persone che studiano il ‘nanomondo’ costituito da nanoparticelle, nanostrutture, nanotecnologie ed altro, sanno bene che questo tipo di mondo non è tutto relegato alla fantasia ma ha degli agganci con la realtà e, pur parlando di insiemi di atomi di dimensioni molto piccole, le loro proprietà sono così significative da meritare un posto di rilievo in campi come la chimica, la medicina, l’elettronica etc..
Ma andiamo per gradi e cerchiamo di capire quali sono le dimensioni in gioco.
Le nanotecnologie mettono insieme strutture o insiemi di atomi che possono essere ottenuti utilizzando processi diversi, le cui dimensioni sono dell’ordine del miliardesimo di metro o nanometro (1 nm = 10-9 m).
Per farsi una idea ancora più chiara del nanometro forse, basta ricordare, che un capello umano, che per noi è un oggetto di per sé molto sottile, ha di fatto uno spessore medio di circa 50.000 nm… questo implica che gli oggetti del ‘nanomondo’ hanno dimensioni 50.000 volte più piccole di un capello.
Le proprietà fisiche e chimiche dei nanomateriali dipendono esclusivamente dalla loro ridotta dimensione.
Sappiamo che tutti gli elementi chimici noti hanno determinate proprietà fisico-chimiche. Quando però passiamo dal macromondo al nanomondo le cose cambiano e anche le proprietà degli elementi possono essere radicalmente diverse.
Se ci venisse chiesto di dare una definizione di oro, tutti penseremmo ad un metallo di colore giallo che tra le sue proprietà principali ha quella di non ossidarsi a contatto dell’aria, come invece succede a metalli come l’argento e il rame.
Passando dal metallo alle nanoparticelle di oro, ossia ad insiemi contenenti un numero finito di atomi di oro, si osserva che in funzione della dimensione il colore può essere rosso o anche blue-verdognolo e che un elemento chimico notoriamente inerte, diventa, come nanomateriale, un catalizzatore di fondamentali processi chimici, utile anche in medicina, infatti si è dimostrato che nanoparticelle di oro possono potenziare localmente l’effetto della radioterapia nella cura di tumori.
Nel ‘nanomondo’ un’altra struttura che viene spesso citata è il nanotubo.
L’elemento principe in questo caso è il carbonio. In particolari condizioni, il carbonio tende ad aggregarsi formando dei tubicini nanometrici, tipo ‘bucatini’ di carbonio, di diametro compreso tra circa uno e dieci nanometri. L’importanza dei nanotubi è nell’ essere sei volte più leggeri, ma ben cento volte più resistenti dell’acciaio e, nonostante la resistenza alla rottura per trazione, nell’essere anche molto flessibili. Sono inoltre resistenti alle alte temperature e sono anche degli ottimi elettroconduttori. Per queste proprietà, i nanomateriali potrebbero essere usati come fibre di rinforzo per ottenere filati estremamente resistenti e, in futuro, quando si riuscirà a produrli di forma e dimensioni strettamente controllabili, potrebbero consentire il passaggio dalla microelettronica alla nanoelettronica.
Si evince da ciò che nanotecnologia potrebbe significare futuro: è importante quindi studiare a fondo questi sistemi.
Per fare questo sono stati sviluppati nuovi e potenti microscopi e anche la luce di sincrotrone ha dato un grosso contributo nel determinare, tra l’altro, la struttura ed il funzionamento di molti nanosistemi.
Quando un elettrone che si muove a velocità relativistica (prossima alla velocità della luce) viene accelerato dai magneti curvanti di un acceleratore come DAFNE, emette “luce di sincrotrone”.
La luce di sincrotrone è la radiazione elettromagnetica prodotta da particelle cariche, tipo elettroni, che si muovono ad una velocità vicina a quella della luce e che subiscono una accelerazione, come quella che viene dai magneti curvanti di un acceleratore che le costringe a compiere una traiettoria quasi circolare.
La radiazione prodotta, di alto flusso e brillanza, che ha uno spettro che si estende dall’infrarosso ai raggi X, può essere raccolta in guide di luce e, mediante sistemi ottici, trasportata in laboratorio dove può essere utilizzata in diversi esperimenti.
In particolare, selezionando, dello spettro emesso, i raggi X, diventa possibile ottenere informazioni sulla struttura atomica dei sistemi da studiare.
Utilizzando tecniche di diffrazione e assorbimento di raggi X, e avendo sviluppato delle cellette in cui contenere nanoparticelle molto utili come catalizzatori di processi chimici, è stato possibile, grazie all’alta brillanza della luce di sincrotrone, seguirne l’evoluzione strutturale e caratterizzarne il funzionamento.
Questi ed altri studi ci permetteranno di conoscere più a fondo il ‘nanomondo’ e capire come utilizzarlo al meglio se di fatto si rivelerà, come sembra, la fonte della tecnologia del futuro.
Il nanomondo è al servizio dell’uomo.

scritto da Antonella Balerna |