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NANOTECNOLOGIE Cosa sono Quando sono nate Campi dapplicazione Centri di ricerca.

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Presentazione sul tema: "NANOTECNOLOGIE Cosa sono Quando sono nate Campi dapplicazione Centri di ricerca."— Transcript della presentazione:

1 NANOTECNOLOGIE Cosa sono Quando sono nate Campi dapplicazione Centri di ricerca

2 Cosa sono??? Il termine nanotecnologie fu coniato nel 1976 da Eric Drexler… e indica la capacità di studiare, assemblare e manipolare la materia a livello di dimensioni comprese tra 1÷100 nanometri.

3 Ma cosè un nanometro??? Un nanometro è la miliardesima parte del metro!!! Per fare un esempio: è come confrontare un millimetro con la distanza tra Milano e Taranto!!!

4 Nanoscienza Punto di incontro tra fisica quantistica, chimica supramolecolare e biologia molecolare Scienza sperimentale: applicazione tecnologica delle nanoscienze per manipolare oggetti di dimensioni nanometriche a vari scopi ed in vari campi, come vedremo in seguito, fra cui la costruzione di macchine molecolari Nanotecnologia

5 Macchine molecolari Sono sistemi costituiti da un numero discreto di componenti molecolari capaci di compiere movimenti meccanici sotto l'azione di stimoli esterni Chimici (differenze di pH, concentrazione) Luminosi

6 Sono sistemi formati da molecole assemblate artificialmente dalluomo che hanno la capacità di interagire per raggiungere un obbiettivo. Macchine artificiali Macchine naturali Sono sistemi molto complessi dati dallassociazione naturale delle molecole e capaci di compiere importanti funzioni vitali.

7 Alcuni esempi di componenti molecolari… Fullerene: Il C60 è costituito da 12 pentagoni e 20 esagoni, con ciascun pentagono circondato da cinque esagoni. Questa rappresenta la molecole più simmetrica possibile nello spazio euclideo tridimensionale, essendo la più rotonda delle molecole rotonde.

8 … ancora esempi!!! Nanotubi: sono strutture in carbonio di un nanometro dotate di straordinarie proprietà elettriche. Grazie ai nanotubi si potranno costruire computer velocissimi e superpotenti.

9 …altri esempi… Rotaxano: è costituito da un frammento molecolare lineare ("asse") che s'infila all'interno di un sistema ciclico ("anello" o "ruota"), alle estremità dell'asse molecolare, si possono inserire, due stopper (mozzi) che permettono al frammento ciclico ("ruota"), di non sfilarsi.

10 Bottom Up o Top Down??? Due sono le strade seguite per operare a livello nanometrici. top down: ridurre con metodi fisici le dimensioni delle strutture più piccole verso livelli nano. bottom up: partire da piccoli componenti, normalmente molecole, per realizzare nanostrutture sia di tipo inorganico che organico/biologico. È la strada che porterà a maggiori risultati.bottom up: partire da piccoli componenti, normalmente molecole, per realizzare nanostrutture sia di tipo inorganico che organico/biologico. È la strada che porterà a maggiori risultati.

11 APPLICAZIONI delle NANOTECNOLOGIE

12 Settori di applicazione : Tessile Dei materiali Sanitario e Chirurgico Sicurezza Cosmetico Elettrico Artistico Informatico Energetico

13 CAMPO TESSILE Tessutisenza pieghe senza macchie impermeabili traspiranti Questi tessuti sfruttano leffetto loto naturale delle piante che si basa sulle forze di coesione tra le particielle: su superfici lisce, le particelle contaminanti sono spostate solo dal movimento delle goccioline dacqua. Su superfici rugose, invece, le particelle contaminanti aderiscono alle goccioline dacqua, che rotolano via, lasciando la foglia pulita

14 CAMPO DEI MATERIALI Solette per riscaldare i piedi costituite dal 90% di aria: Solette basate di aero gel, gel la cui massa è composta da 90% di aria ad altissimo potere isolante. Proteggono i piedi dal bagnato, dal sudore e dal freddo isolandoli dallambiente esterno.

15 CAMPO SANITARIO Cerotti protettivi: Utilizzando le note proprietà antibatteriche dellargento, sono in commercio garze contenenti nano-particelle di tale metallo per curare le ferite provocate da ustioni in modo migliore rispetto ai cerotti attuali.

16 CAMPO DELLA SICUREZZA Filando nanotubi si ottengono fibre per tessuti più tenaci del filo della tela del ragno: Fibre di gel di nanotubi:lunghe 100 m, spesse 50 µm, contengono 60 wt% di nanotubi. energia per rottura 570 j/g Corde e imbragature di sicurezza Coperte anti-esplosione per le aree cargo degli aerei Giubbotti e schermi anti-proiettile

17 CAMPO DEI COSMETICI Creme per protezione solare: Per avere protezione completa dalla radiazione solare, si usano creme contenenti ossido di zinco nanostrutturato(una sostanza di colore bianco). Usando nanoparticelle, di dimensione nm, è stata creata una formulazione che blocca tutti i raggi UV, ma è completamente trasparente alla luce visibile.

18 CAMPO ELETTRICO Nanofotonica per la luce L azienda Osram sta studiando lutilizzo dei nanocristalli per produrre led a basso consumo energetico. Nanoparticelle di metalli (oro e argento…) servono per costituire i colori

19 NANO ALIENI: fibre di circa 150 nanometri di diametro con particolari proprietà elettriche, ottiche e magnetiche. Usi: - passaporti e banconote difficilmente falsificabili. -impronte digitali negli Indumenti. - codici a barre molecolari. SICUREZZA

20 NANO CAR È costituito da un telaio, assi e 4 ruote di fullerene (Buckyballs). misura 3-4 nanometri, meno di una catena di DNA.

21 CAMPO CHIRURGICO Un nano ago di 8 micron x 200 nanometri può operare su singole cellule senza danneggiarne la membrana. -Si può operare selettivamente su specifiche regioni della cellula. -Si possono monitorare reazioni chimiche intracellulari in tempo reale.

22 CAMPO ENERGETICO -nuove celle a combustibile garantiscono un efficiente immagazzinamento di idrogeno. -motori molecolari che consumano pochissima energia -Celle fotovoltaiche a basso costo (vernici solari) Un buon risparmio energetico !

23 NANO MOVIES I nano-movies aiuteranno i ricercatori ad analizzare il movimento delle pompe usate per la purificazione e l'analisi del DNA e delle proteine. -Capacità di catturare nano-immagini ad altissima velocità. -Risoluzione di 5 microsecondi.

24 NANO FIORI Ottenuti depositando goccioline di gallio liquido su uno strato di silicio in un forno ad alta temperatura. Spruzzando sulla superficie così ottenuta un gas contenente metano, questo reagisce con le goccioline di gallio liberando atomi di carbonio che si condensano in forma di nanotubi. - Hanno proprietà ottiche, elettriche e meccaniche molto complesse. - Possono costituire rivestimenti impermeabili.

25 CAMPO INFORMATICO -Costi inferiori e una definizione altissima. -Bassissimi tempi di risposta. Nano schermi: monitor di grandi dimensioni ma totalmente esenti dal fastidioso effetto ombra.

26 CAMPO INFORMATICO Gli attuali computer sono destinati a cedere il passo a strumenti grandi un micron cubo. Transistor creati a partire da "nanotubi al carbonio, 10mila volte più piccoli di un capello. I costi saranno molto ridotti rispetto a quelli attuali.

27 Ci si appresta a lanciare entro il 2015 un nano- processore per PC (con grandezza pari a 22 nanometri contro i 44/65 nanometri attuali). Queste dimensioni consentiranno di contenere oltre 400 milioni di transistor in un chip capace di girare ad una frequenza di 10 gigahertz.

28 La pulitura è loperazione più delicata e rischiosa alla quale può essere sottoposta unopera darte perché è lunica operazione assolutamente irreversibile… CAMPO ARTISTICO Metodi di pulitura: - Agenti chimiciAgenti chimici - Mezzi meccanici - Detergenti - Agenti biologici

29 COSA SONO I CHELANTI? Sono composti organici che hanno la proprietà di combinarsi in soluzione con ioni metallici polivalenti per formare composti di coordinazione ciclici solubili. I CHELANTI Possono essere mono, bi, tri, …polidentati Il più usato nel campo del restauro è lEDTA

30 EDTA acido etilen-diammino-tetra-acetico acido sale bisodico

31 Determinazione del Ca ++ nelle acque Il Calcio forma con la Calceina un composto di coordinazione o complesso fluorescente che può essere considerato un chemosensore.chemosensore Lintensità della fluorescenza è direttamente proporzionale alla concentrazione del calcio e con il metodo della retta di taratura si può risalire alla concentrazione di Ca ++ in un campione ad esempio acque minerali

32 Cosè la Calceina La Calceina è un chelante e questa è la sua formula

33 Complesso Calcio-Calceina Ione Calcio complessato dalla Calceina

34 Determinazione del Ca ++ nelle acque Lintensità di luce emessa dal complesso Ca ++ -Calceina può essere misurata con uno spettrofluorimetro, noi abbiamo usato un Perkin Elmer LS-3.

35 campioneIntensità di emissione in u.a. ppm ricavati ppm dichiarati acqua a156,1163,0169,0Uliveto b71,054,042,8San Benedetto

36 Dove si studiano i dispositivi e le macchine molecolari

37 Gruppi di ricerca -U-Università di Bologna (Prof. Balzani) -U-Università della California (Prof. J. Fraser Stoddart ) -U-Università di Edinburgo (Prof. D. Leigh) -U-Università di Gröningen (Prof. B. Feringa) -U-Università di Strasburgo (Prof. J.-M. Lehn; Prof. J.-P. Sauvage)

38 Nel prossimo futuro le nanotecnologie porteranno certamente cambiamenti nella nostra vita quotidiana. La speranza è che gli addetti ai lavori, ma anche le persone normali, abbiano la capacità di riuscire a comprendere le potenzialità di questa nuova scienza che può comportare rischi se usata in modo indiscriminato. Un utilizzo consapevole porterà sicuramente benefici per tutti gli esseri viventi che popolano il nostro pianeta.

39 IV L LICEO SCIENTIFICO TECNOLOGICO L. NOBILI REGGIOEMILIA ITALY

40 Gruppi Gruppo 1:Cosa sono e quando sono nate? Borghi, Conforti, Ferrarini, Gianferrari, Oleari Gruppo 2:A cosa servono/campi dapplicazione De Conti,Bellesia,Ruggeri,Fabbris,Nironi, Baccarini,Fransen,Pagniello Gruppo 3:Stato della ricerca/centri di ricerca Donelli,Orsini,Chierici Gruppo 4: Coordinatori Bordignon, Ferrari, Lusuardi, Mordacci

41 … e con la cortese collaborazione della professoressa Paola Ambrogi

42 Un particolare ringraziamento alla Prof. Margherita Venturi e al Dott. Marco Montalti Del gruppo del Prof Vincenzo Balzani

43 Bibliografia

44 ON OFF ANALITA SEGNALE DISTANZIATORE RECETTORE SCHEMA DI CHEMOSENSORE FLUORESCENTE LA FLUORESCENZA è DIFFERENTE TRA FORMA LIBERA E FORMA COMPLESSATA

45 Agenti Chimici Solventi non reattivi: sono liquidi capaci di solubilizzare determinate sostanze solide agendo a livello dei legami intermolecolari Solventi reattivi: le interazioni liquido-solido interessano i legami intramolecolari alterando la composizione del soluto


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