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Swiss Nano-Cube)
Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St.Gallen
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www.swissnanocube.ch
Piattaforma educativa per micro e nanotecnologie ideata
per scuole medie e professionali e istituti tecnici
Modulo delle nozioni di base
Versione complessiva
Piattaforma educativa per micro e nanotecnologie
ideata per scuole medie, professionali e istituti tecnici
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1. Quanto è piccolo un “nano”?
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La definizione di nano
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Nano deriva dal greco (nanos = nano)
1 Nanometro = 1/1‘000‘000 mm ≈ 3 atomi d'oro
100 m = 1,0 = 1 m (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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La nanodimensione – ordine di grandezza
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Fonte: Fonds der chemischen Industrie FCI – set di film)
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La nanodimensione – ordine di grandezza
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Fonte: http://www.powersof10.com/
Il classico cortometraggio di Charles e Ray Eames girato nel 1977
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La nanodimensione – ordine di grandezza
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Sito Internet “Scale of the Universe“
Fonte: http://primaxstudio.com/stuff/scale_of_universe/
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Fonte: Universität Mainz Fonte: www.surf.nuqe.nagoya-u.ac.jp
Rapporto terra/pallone = Rapporto pallone/fullereni
Fonte: Dr. Martin Schubert Kompetenzzentrum cc-NanoChem e. V.
La nanodimensione – ordine di grandezza
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2. Definizioni
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Cosa sono le nanotecnologie?
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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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Fondere le discipline
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FisicaFisica ChimicaChimica
BiologiaBiologia
Nano-tecnologie
Nano-tecnologie
Chimica fisica
Scienze dei materiali
Microelettronica/Meccatronica
Biochimica
Farmaceutica
Diagnostica
Biofisica
Tecnica medicinale
Fisica medicinale
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Che cos'è un nanomateriale ?
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Materiali nanostrutturati(struttura interna o struttura superficiale in scala nanometrica)
Nanooggetti
CEN ISO/TS 27687
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Esempi
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Nanoparticelle(ossido di zinco)
Nanotubi di carbonio multiparete
Cristallo fotonico
Aerogel(corpi solidi estremamente porosi)
Strato Superficie di limite Chip (AMD K8)Dimensione della struttura≤ 130 nm
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3. Produzione
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Da dove provengono le nanoparticelle?
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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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Generazione di nanostrutture
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dell'albero
alla tavola
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)
Strutturazione di fasci ionici o elettronici
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Generazione di nanostrutture
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dai germi
all'albero
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
Deposizione chimica nella fase gassosa (chemical vapor deposition, CVD)
Deposizione fisica della fase gassosa (physical vapor deposition, PVD)
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4. Perché “nano”?
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Nuove proprietà
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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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Nuove proprietà
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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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Effetti nano
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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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5. “Nanotecnologie” nella vita quotidiana
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Nanotecnologie nei prodotti di consumo
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TiO2 come protezione UV: Nanoparticelle nelle creme solari e nei cosmetici
SiO2 come additivo per lacche e vernici antigraffio
Nanoargento (azione antimicrobica e soppressione degli odori
Nanotubi di carbonio (CNTs) Incoporati nel materiale del telaio per aumentare la stabilità
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Nanotecnologie nei prodotti di consumo
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Fonte: www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/
1317 prodotti(Marzo 2011)
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Nanotecnologie nei prodotti di consumo
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Fonte: www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/
565 prodotti(Marzo 2011)
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Quiz Nanorama loft
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www.swissnanocube.ch/nanorama
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6. Campi di applicazione
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Importanti applicazioni
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Prodotti di consumo
Edilizia
AutomobiliEnergia
IT, elettronica
Ottica AmbienteChimica Medicina
Campi di Campi di applicazione applicazione
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7. Nano nella natura
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Mai più sporchi
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“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)
Ecco perché la foglia di loto rimane sempre pulita.
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Mai più sporchi
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Fonte: www.youtube.com/watch?v=pzGunZ1-POw
Ecco perché la foglia di loto rimane sempre pulita.
Videoillustrazione dell'effetto loto Applicazione dell'effetto, per esempio sui colori di facciate
(Lotusan)
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Aderire senza colla
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Ecco perché il geco non cade dal soffitto.
Fonte: www.uni-saarland.de; figura: S. Gorb, MPI für Metallforschung, Stuttgart
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.
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Aderire senza colla
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I geco si attaccano a quasi tutte le superfici. "Rotolando" le dita, possono interrompere il contatto.
Ecco perché il geco non cade dal soffitto.