Sintesi di nanofibre di Ni I.T.I.S. Primo Levi Mirano (VE) progetto lauree scientifiche a.s. 2008/2009 Sintesi di nanofibre di Ni - deposizione elettrochimica su membrana di policarbonato - caratterizzazione strutturale mediante SEM I.T.I.S. Primo Levi Mirano (VE) Christian Cirone Andrea Bustreo Alessandra Marin

Sommario Introduzione teorica alle nanotecnologie Prima parte della sintesi delle nanofibre di nichel (Liceo Giordano Bruno) Seconda parte della sintesi delle nanofibre di nichel (Università Cà Foscari di Venezia, dip.Scienze dei materiali di Mestre) Reazioni coinvolte Discussione Link utili Conclusioni

Le nanotecnologie Quale è la loro grandezza? Che cosa sono? Chi le scoprì? Come si costruiscono? Le ricerche I campi d’applicazione

Il mondo delle nanotecnologie è quello compreso tra 1 e 100 nanometri. Le nanotecnologie puntano a sfruttare e ad applicare i metodi e le conoscenze derivanti dalle nanoscienze. Il mondo delle nanotecnologie è quello compreso tra 1 e 100 nanometri. 1 nanometro (nm) equivale a un miliardesimo di metro e corrisponde all’incirca a 10 volte la grandezza di un atomo di idrogeno mentre le dimensioni di una proteina semplice misurano circa 10 nm.

Il loro ideatore Richard Feynman fu la prima persona ad alludere alla nanotecnologia nel suo discorso intitolato “There's Plenty of Room at the Bottom” che tenne nel 1959. Feynman considerò l’ipotesi di manipolare i singoli atomi cercando così un’innovativa forma di chimica sintetica. L’intento del fisico era quello di attuare un circuito di computer costituito da una serie di “mani” e di attrezzi entrambi in scala 1:4 con lo scopo di costruire altre mani via via più piccole fino ad avvicinarsi alle dimensioni di un atomo e di manipolare quest’ultimo con estrema facilità.

I metodi di costruzione I metodi del tipo top-down sono generalmente basati su litografie dove uno schema macroscopico precedentemente disegnato viene notevolmente rimpicciolito e riportato su di una matrice. I metodi bottom-up si basano su reazioni chimiche e manipolazioni atomiche. Entrambi i metodi richiedono tecnologie estremamente sofisticate.

I campi di applicazione Le ricerche in corso hanno uno spettro molto ampio e riguardano: Lo sviluppo e l’utilizzo di nuovi materiali (per i trasporti, tecnologie dell’informazione, le telecomunicazioni); Nuovi prodotti chimici (per es. nuovi catalizzatori); Lo sviluppo di nuovi farmaci e di nuove tecniche mediche; L’ambito energetico e ambientale; La messa a punto di nuovi prodotti per l’industria cosmetica e quella alimentare; Lo sviluppo di manufatti per il settore della difesa e quello aerospaziale;

Un'importante rivoluzione Una grossa rivoluzione nella nanoscienza si è avuta nel 1981 nei laboratori dell’IBM di Zurigo con l’invenzione del microscopio elettronico a scansione a effetto tunnel (scanning tunneling microscope, STM), capace di visualizzare i singoli atomi.

Sintesi delle nanofibre di nichel (Liceo Giordano Bruno) Schema a blocchi Reattivi Procedura Apparecchiature

Schema a blocchi Fissaggio della membrana Immersione della membrana nella soluzione di SnCl2*2H2O (sensibilizzazione) Preparazione del reattivo di Tollens e della soluzione di glucosio Lavaggio della membrana Argentatura della membrana Preparazione della membrana per il processo elettrolitico Preparazione della cella elettrochimica Elettrodeposizione di nichel Rimozione della membrana e “peeling” da entrambi i lati

Reattivi SnCl2*2H2O 3M (1.0mL 0.3M); Reattivo di Tollens: 1.25g AgNO3 in 25mL H2O dist. ; 10g NaOH in 100mL H2O dist. ; 12.5mL NH4OH 10%; 1.8g C6H12O6 in 100mL H2O dist. ; Soluzione di nichelatura: 30g NiSO4*7H2O; 2.44g NiCl2*6H2O; 9.5g H3BO3; in 100mL di H2O

1. Fissaggio della membrana: Fissaggio del parafilm su un supporto di plexiglass ed applicazione della faccia “lucida” sul parafilm. Rimarrà così esposta la faccia “opaca” della membrana.

2. sensibilizzazione della membrana Immersione in soluzione di SnCl2*2H2O 3M Sn2+ + 2Ag(NH3)2+ Sn4+ + 2Ag0 + 4NH3

3. Lavaggio della membrana :

4. Argentatura della membrana: Reattivo di Tollens: formazione di uno specchio argentato. C6H12O6 + 2Ag(NH3)21+ + 3OH- 2Ag0 + C6H11O7- + 2H2O + 4NH3

5. Preparazione della membrana per il processo elettrolitico: Lavaggio con acqua distillata, rimozione dal supporto di plexiglass e dal parafilm.

6. Preparazione della cella elettrochimica: Assemblaggio della cella elettrochimica: Anodo (-) : membrana con il lato argentato a contatto con la lastrina di ottone Catodo (+) : filo di nichel avvolto a spirale Cilindro cavo in teflon contenente la membrana Pila da 1.5V

Reazioni coinvolte: Reazione di elettrodeposizione: Potenziale applicato: 1.5Volt Temperatura di lavoro: ca. 35°C pH di lavoro: 4.6 Reazione di elettrodeposizione:

7. Elettrodeposizione del nichel nei pori della membrana

8. Rimozione della membrana “peeling” da entrambi i lati Rimozione membrana PC

(Università Cà Foscari di Venezia Dip. Scienze dei Materiali) Seconda parte Caratterizzazione della nanostruttura: microscopia a scansione elettronica Schema a blocchi Reattivi Procedura Apparecchiature (Università Cà Foscari di Venezia Dip. Scienze dei Materiali)

Schema a blocchi Dissoluzione della membrana in CH2Cl2 Bagno ad ultrasuoni Filtrazione sotto vuoto Asciugatura del filtro e taglio Sputtering Visualizzazione delle nanofibre al SEM

1. Dissoluzione della membrana contenente le nanofibre: Immersione della membrana in CH2Cl2 e recupero delle nanofibre sull’ancoretta magnetica

Rilascio delle fibre dall’ancoretta magnetica. 2. Bagno ad ultrasuoni: Rilascio delle fibre dall’ancoretta magnetica.

3. Filtrazione sotto vuoto: Filtrazione su filtro con porosità inferiore al nanometro

4. Asciugatura del filtro e taglio:

5. Sputtering: Doratura del campione per facilitare la visualizzazione delle nanofibre con il microscopio a scansione.

il microscopio elettronico a scansione 6. Visualizzazione con il microscopio elettronico a scansione

Micrografia SEM delle fibre di nichel

Bibliografia http://mrsec.wisc.edu/Edetc/nanolab/nickel/index.html A. K. Bentley, M. Farhoud, A. B. Ellis, G. C. Lisensky, Anne-Marie Nickel, and W. C. Crone, "Template Synthesis and Magnetic Manipulation of Nickel Nanowires,“J. Chem. Education”, 82, 765, 2005. Http://www.chemie.de/news/e/37828.