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Le nanotecnologie

Intorno alla fine degli anni ’70 la corsa alla miniaturizzazione in microelettronica si imbatté nella inattesa scoperta che la materia, su scala nanometrica, manifesta comportamenti inattesi quanto affascinanti. Riducendo la questione ai suoi minimi termini, su scala nanometrica le proprietà fisiche e chimiche di un materiale risultano dipendere dalle sue dimensioni. La scoperta degli effetti di taglia su scala nanometrica ha determinato una serie impressionante di applicazioni tecnologiche e di ricerche di base che dominano largamente l’attuale sviluppo della scienza dei materiali – e anche ampi settori della chimica, dalla catalisi alla biochimica. Alcuni di questi hanno già raggiunto applicazione in prodotti di largo consumo.

Negli pneumatici la reticolazione del polimero (o della miscela di polimeri − mescola) del battistrada è assistita dalla presenza di piccole quantità di particelle di ossido che garantiscono una maggiore resistenza all’abrasione e una più elevata tenuta di strada. La sostituzione di queste particelle con nanoparticelle di ossido ha consentito un significativo miglioramento delle prestazioni degli pneumatici, specialmente alle basse temperature dove si è potuto ridurre in questo modo la temperatura di vetrificazione delle mescole.

Nanoparticelle di biossido di titanio sono ampiamente impiegate nei materiali cementizi e nei bitumi per conferire a questi materiali (ovviamente strutturali, secondo la classificazione introdotta) capacità funzionali. Il biossido di titanio è un noto materiale fotocatalitico, in grado di accelerare reazioni chimiche in presenza di luce. Tali capacità risultano estremamente amplificate su scala nanometrica e tali da consentire la degradazione dell’anidride solforosa in solfati. Disperdendo quindi nanoparticelle di biossido di titanio in materiali strutturali inerti (cementi, asfalto, biacche) è stato quindi possibile rendere tali materiali (e le superfici sui cui essi sono applicati: carreggiate stradali, muri, frontali di edifici) chimicamente attivi e capaci di promuovere l’abbattimento di un importante inquinante atmosferico urbano.

Nanopolveri di ossidi (ma anche di composti organici ben più complessi) trovano impiego nella cosmesi e in farmacologia, dove vengono utilizzati per controllare la cinetica di rilascio dei principi attivi. Con la stessa logica nanoparticelle di argento sono utilizzate in medicina per garantire una rapida ed efficace sterilizzazione di lesioni cutanee anche profonde.

Anche se l’impiego di nanoparticelle rappresenta ad oggi la frazione più importante di applicazioni mature delle nanotecnologie, già esiste qualche esempio di prodotti commerciali che impiegano oggetti nanometrici più complessi. I nanotubi di carbonio trovano già impiego negli schermi di alcuni telefoni cellulari. Gli schermi OLED (organic light−emitting diodes) utilizzano tradizionalmente la luminescenza di molecole organiche. La loro efficienza (intensità di radiazione emessa per unità di potenza elettrica consumata) può essere accresciuta sostituendo le molecole organiche con nanotubi di carbonio chimicamente modificati e direttamente agganciati sulla superficie di un vetro conduttore. E nanotubi di carbonio sono anche impiegati, questa volta come materiali strutturali, per accrescere la resistenza allo sforzo di fibre di vetro impiegate nel settore automobilistico.