I nanomateriali sono impiegati in centinaia di applicazioni e di beni di consumo, dai dentifrici alle batterie, alle vernici e all'abbigliamento. Lo sviluppo di queste sostanze innovative costituisce un importante stimolo alla competitività europea e internazionale, soprattutto per il progresso tecnologico in settori quali la medicina, la protezione dell'ambiente e l'efficienza energetica. Considerate però le incertezze che permangono rispetto ai possibili rischi, è necessario disporre di una definizione chiara per garantire l'applicazione delle norme corrette in materia di salute e sicurezza.
Infatti, secondo la Raccomandazione della Commissione Europea 2011/696/UE del 20.10.2011 per nanomateriale si intende: “un materiale naturale, derivato o fabbricato contenente particelle, in stato libero o sotto forma di aggregato o di agglomerato e nel quale, almeno il 50% della distribuzione dimensionale numerica di tali particelle possiede una o più dimensioni esterne nella classe di grandezza 1‑100 nm (1 nanometro (nm) corrisponde a 10 -9 metri)”.
In casi specifici, e laddove le preoccupazioni per l'ambiente, la salute, la sicurezza e la competitività lo giustifichino, la soglia del 50% della distribuzione dimensionale numerica può essere sostituita da una soglia compresa tra l'1% e il 50%. Inoltre, i fullereni, il grafene e i nanotubi a parete singola con una o più dimensioni esterne inferiori a 1 nm sono da considerarsi nanomateriali. Un materiale con una superficie specifica in rapporto al volume di oltre 60 m2 /cm³ deve essere considerato come un nanomateriale. La Commissione Europea sta riesaminando, alla luce dei progressi tecnici e scientifici, la definizione di nanomateriale.
Questa sezione descrive alcuni dei più comuni tipi di nanomateriali ingegnerizzati e dei loro possibili impieghi.
Tipi di nanomateriali
Nanomateriali a due dimensioni in scala nanometrica
Nanotubi di carbonio
I nanotubi di carbonio sono stati scoperti nel 1985 dal chimico americano Richard E. Smalley, il quale osservò che in determinate condizioni gli atomi di carbonio sono in grado di organizzarsi in strutture ordinate di forma sferica che, dopo un successivo rilassamento, tendono ad arrotolarsi su sé stesse dando origine alla tipica forma cilindrica dei nanotubi in carbonio. Questi esistono in tre differenti forme: i nanotubi a parete singola formati da un singolo foglio di grafene arrotolato su sé stesso, i nanotubi a parete doppia formati dall’arrotolamento di due strati grafenici e infine i nanotubi a parete multipla formati da più fogli grafenici arrotolati coassialmente su sé stessi.
Di queste tre differenti tipologie di nanotubi, quelli più facili da ottenere sono gli ultimi, che non richiedono condizioni di crescita troppo particolari. I nanotubi in carbonio possiedono caratteristiche meccaniche di altissimo livello, associate ad un peso specifico (quello del carbonio) che è di molte volte inferiore a quello della maggior parte dei metalli utilizzati in campo industriale.
È stato calcolato che un nanotubo di carbonio può avere una resistenza alla trazione cento volte più grande dell’acciaio pesando però sei volte di meno rispetto a quest’ultimo. Senza contare che i nanotubi non presentano solo un’elevatissima resistenza alla rottura per trazione, ma sono dotati anche di una buona flessibilità, dato che sono in grado di piegarsi senza rompersi o danneggiarsi fino ad angoli di 90°.
L’estrema resistenza alla trazione unita alla loro flessibilità rende i nanotubi ideali per l’uso come rinforzo per i materiali polimerici, producendo nanocompositi dalle prestazioni elevatissime. Inoltre l’uso dei nanotubi nella produzione di fibre può portare alla produzione di compositi estremamente più resistenti degli attuali basati sulle fibre di carbonio tradizionali.
Nanofili
Nell'ultimo decennio si è sviluppata la ricerca relativa ai nanofili. Si tratta di nanomateriali aventi una struttura allungata di forma cilindrica, con diametri fra i 15 e i 200 nm e lunghezze da poche decine di nanometri fino a un massimo di decine di micron.
Esistono diversi tipi di nanofili, compresi quelli metallici (ad es. Ni, Pt, Au), i semiconduttori (ad es. InP, Si, GaN, ecc.) e isolanti (ad esempio SiO2, TiO2).
Forse l'uso più ovvio per i nanofili è nell'elettronica. Alcuni nanofili sono conduttori o semiconduttori e la loro dimensione minuscola permetterebbe di installare milioni di transistor su un singolo microprocessore. Di conseguenza, la velocità del computer aumenterebbe notevolmente. I nanofili sono ampiamente usati in molte aree di ricerca, quali elettronica e sensori, reti neuromorfiche, celle solari, energia alternativa e nella fotonica.
I nanotubi di carbonio sono stati scoperti nel 1985 dal chimico americano Richard E. Smalley, il quale osservò che in determinate condizioni gli atomi di carbonio sono in grado di organizzarsi in strutture ordinate di forma sferica che, dopo un successivo rilassamento, tendono ad arrotolarsi su sé stesse dando origine alla tipica forma cilindrica dei nanotubi in carbonio. Questi esistono in tre differenti forme: i nanotubi a parete singola formati da un singolo foglio di grafene arrotolato su sé stesso, i nanotubi a parete doppia formati dall’arrotolamento di due strati grafenici e infine i nanotubi a parete multipla formati da più fogli grafenici arrotolati coassialmente su sé stessi.
Di queste tre differenti tipologie di nanotubi, quelli più facili da ottenere sono gli ultimi, che non richiedono condizioni di crescita troppo particolari. I nanotubi in carbonio possiedono caratteristiche meccaniche di altissimo livello, associate ad un peso specifico (quello del carbonio) che è di molte volte inferiore a quello della maggior parte dei metalli utilizzati in campo industriale.
È stato calcolato che un nanotubo di carbonio può avere una resistenza alla trazione cento volte più grande dell’acciaio pesando però sei volte di meno rispetto a quest’ultimo. Senza contare che i nanotubi non presentano solo un’elevatissima resistenza alla rottura per trazione, ma sono dotati anche di una buona flessibilità, dato che sono in grado di piegarsi senza rompersi o danneggiarsi fino ad angoli di 90°.
L’estrema resistenza alla trazione unita alla loro flessibilità rende i nanotubi ideali per l’uso come rinforzo per i materiali polimerici, producendo nanocompositi dalle prestazioni elevatissime. Inoltre l’uso dei nanotubi nella produzione di fibre può portare alla produzione di compositi estremamente più resistenti degli attuali basati sulle fibre di carbonio tradizionali.
Nanofili
Nell'ultimo decennio si è sviluppata la ricerca relativa ai nanofili. Si tratta di nanomateriali aventi una struttura allungata di forma cilindrica, con diametri fra i 15 e i 200 nm e lunghezze da poche decine di nanometri fino a un massimo di decine di micron.
Esistono diversi tipi di nanofili, compresi quelli metallici (ad es. Ni, Pt, Au), i semiconduttori (ad es. InP, Si, GaN, ecc.) e isolanti (ad esempio SiO2, TiO2).
Forse l'uso più ovvio per i nanofili è nell'elettronica. Alcuni nanofili sono conduttori o semiconduttori e la loro dimensione minuscola permetterebbe di installare milioni di transistor su un singolo microprocessore. Di conseguenza, la velocità del computer aumenterebbe notevolmente. I nanofili sono ampiamente usati in molte aree di ricerca, quali elettronica e sensori, reti neuromorfiche, celle solari, energia alternativa e nella fotonica.
Ultimo aggiornamento: 02/08/2019
