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Sintesi e caratterizzazione di materiali nanostrutturati a base polimerica

Roberto Simonutti

I materiali nanostrutturati a base polimerica stimolano un continuo e crescente interesse grazie al loro ampio ventaglio di applicazioni: dalla microelettronica alla fotonica, dalla catalisi all’ultrafiltrazione, dalle applicazioni biomediche a quelle militari. Tra le diverse strategie per l’ottenimento di nanostrutture polimeriche, le nostre linee di ricerca si focalizzano sull’autoassemblaggio dei copolimeri a blocchi, sulla polimerizzazione per ottenere nanoparticelle polimeriche multifase a dimensione controllata e sulla dispersione di nanocristalli inorganici in matrici polimeriche.

MATERIALI GERARCHICI A BASE DI COPOLIMERI A BLOCCHI

I copolimeri a blocchi sono macromolecole costituite da due o più blocchi omopolimerici differenti connessi da un legame covalente. Sono in grado di autoassemblarsi su scala nano-, micro- e mesometrica a seconda degli stimoli esterni cui sono sottoposti. Per esempio, l’interazione tra un copolimero a blocchi ed un solvente selettivo permette di ottenere differenti strutture autoassemblate (vescicole, micelle sferiche ed oblate, cilindri) a seconda della concentrazione, della polarità del solvente, della temperatura, dell’azione di campi esterni ecc...

Grazie all’implementazione nei nostri laboratori di una tecnica di polimerizzazione pseudovivente come la RAFT (Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer polymerization) è possibile sintetizzare diversi campioni di copolimeri a blocchi anfifilici con ottimi gradi di controllo.

Simonutti - figura 1

NANOPARTICELLE POLIMERICHE MULTIFASE

La sintesi di vettori con dimensioni nanometriche e con una strutturazione ben definita sta risvegliando un costante e crescente interesse in diversi campi come la nanofotonica ed il rilascio selettivo di farmaci. Il nostro approccio è quello di sintetizzare nanoparticelle core-shell multifase a dimensione controllata attraverso la polimerizzazione in miniemulsione. In questo modo è possibile sartorizzarne la composizione e le funzionalità su scala nanometrica.

Lo scopo finale è utilizzare queste nanoparticelle core-shell come sistema prototipo per studiare gli effetti del confinamento nanometrico in sistemi polimerici, come vettore per dermocosmesi e come nanocontenitore in atmosfera controllata per sensibilizzatori sensibili all’ossigeno.

Simonutti - figura 2

NANOCRISTALLI INORGANICI IN MATRICI POLIMERICHE

L’utilizzo di nanoparticelle inorganiche, quali ossidi, semiconduttori (solitamente definiti come quantum dots) o metalli nobili, come cariche da inserire in una matrice polimerica sta aprendo molteplici scenari per l’ingegnerizzazione di materiali nanocompositi con interessanti proprietà elettriche, ottiche e meccaniche. In particolare, le caratteristiche ottiche del nanocomposito (indice di rifrazione, assorbimento della radiazione UV, birifrangenza e proprietà di scattering) possono essere modulate accuratamente scegliendo la dimensione e la struttura elettronica della nanoparticelle utilizzate come carica.

La nostra ricerca si focalizza sull’utilizzo di nanoparticelle di ossido con dimensioni inferiori ai 100 nm. Punto chiave dell’attività sperimentale è la modificazione superficiale delle nanoparticelle attraverso l’utilizzo di opportuni agenti cappanti che ne aumenti la stabilità nella matrice polimerica. La struttura molecolare, la morfologia e le proprietà meccaniche del nanocomposito sono caratterizate attraverso una batteria di diverse tecniche disponibili in situ (ATR-FTIR, TGA, NMR, DLS).

Simonutti - figura 3