Progetto di Scienza dei Materiali Progetto Nanorods Coi Federico

Cosa sono le Nanotecnologie? Uno dei pionieri dell’applicazione industriale delle nanotecnologie , Albert Franks, definì tali scienze come “quell’area della tecnologia dove le dimensioni e le tolleranze tra i 0,1 nm ei 100nm giocano un ruolo critico”

A che cosa servono? Lo sviluppo tecnologico ha consentito di realizzare apparecchiature e strumenti in grado di vedere, investigare, manipolare e controllare la materia su scala atomica, consentendo ai ricercatori di “toccare con mano” le superfici o la struttura dei materiali con una precisione mai prima raggiunta.

In questa esperienza… … produrremo dei nanofilamenti di nichel, attraverso un processo di elettrolisi, all’interno di una membrana di policarbonato dotata di nanopori, dopo aver argentato quest’ultima.

Materiali Membrana di policarbonato; Parafilm; Materiali di costruzione per cella elettrolitica (cavi elettrici, soluzione di acqua e rame, ecc…); Microscopio elettronico a scansione; Scotch; Sonicatore e ancorette magnetiche; Filtro a vuoto.

Reagenti SnCl2*2H2O (100 ml); AgNO3 (25 ml); NaOH (12.5 ml); NH4OH al 10% (1.25 ml); 1.8 di glucosio in 100 ml; Diclorometano.

L’esperimento si divide in due fasi: Prima Fase: in questa fase si prepara la membrana di policarbonato per l’elettrolisi e le si deposita il nichel all’interno; Seconda Fase: successivamente si scioglie la membrana e si deposita il nichel su un’altra per poter osservare le nanofibre di nichel.

Prima Fase Fissare un pezzetto di parafilm su un supporto di plexiglass con dello scotch e appoggiarvi sopra la membrana di policarbonato con la parte lucida verso il basso (attenzione a non formare bolle); Preparare la soluzione di sensibilizzazione (100 ml di SnCL2*H2O 3 mM); Immergere la membrana fissata sul supporto di plexiglass nella soluzione per 45 minuti;

Prima Fase Preparare il reattivo di Tollens con i seguenti reagenti: 1.25 g di AgNO3 in 25 ml (attenzione : fotosensibile); 12.5 ml di NaOH in 100ml; 12.5 ml di NH4OH al 10%. Unendo i reagenti nell’ordine si ottiene una sospensione quasi limpida; Preparare una soluzione di glucosio, sciogliendone 1,8 g in 100 ml;

Prima Fase Dopo 45 min sciacquare con acqua distillata la membrana di policarbonato; Immergere la membrana nel reattivo di Tollens per 10 minuti in un recipiente trasparente; Passati 10 min si aggiungono 75 ml di soluzione di glucosio, si agita la soluzione per 1 minuto circa, finchè sulle pareti del recipiente non si nota la formazione di uno specchio argentato;

Prima Fase Lavare accuratamente la membrana con acqua distillata, rimuoverla delicatamente dal supporto di plexiglass e dal parafilm, verificando che l’argentatura interessi un solo lato. Appoggiare la membrana su un supporto di vetro;

Prima Fase Montare la cella elettrochimica, così costituita : catodo (-) : membrana con il lato argentato a contatto con una lastrina di ottone; anodo (+) : filo di nichel avvolto a spirale; cilindro cavo contenente la membrana e la soluzione di nichelatura; cavi elettrici (nero - ; rosso +); pila da 1,5V e supporto per pila. Fare attenzione: il filo di nichel deve “pescare” nella soluzione di nichelatura, ma non toccare le pareti della cella (utilizzare inoltre un tester per verificare il passaggio della corrente);

Prima Fase Dopo aver predisposto lo strumento, procedere con l’elettrodeposizione per 10 minuti. Al catodo si otterrà la deposizione di Nichel (riduzione) ed all’anodo Ni++ (ossidazione del filo);

Prima Fase Al termine del processo elettrochimico, si smonta la cella e si rimuove delicatamente la membrana, ponendola sul supporto di vetro. Prima di toglierla dal dispositivo sciacquarla accuratamente con acqua distillata, ripetendo più volte l’operazione e tamponando l’acqua in eccesso con carta da filtro o simile; Ora può iniziare l’operazione di “peeling” per rimuovere il film di Nichel depositato in superficie ed il film d’argento (attaccare un pezzo di scotch alla membrana e rimuoverlo delicatamente per effettuare il peeling).

Seconda Fase Tagliare una sezione di 1.5 x 1.5 cm dal centro della membrana (attenzione a non strappare: causa la perdita dei nanorods); Immergere la sezione di membrana in un becker con del diclorometano, e attendere lo scioglimento della membrana; Inserire un ancoretta magnetica nel becker e attendere qualche minuto (i nanorods, essendo di metallo, vengono attirati dall’ancoretta);

Seconda Fase Estrarre l’ancoretta e attendere l’evaporazione del diclorometano rimasto; Immergere l’ancoretta in un becker pieno di acqua distillata, quindi immergere il becker in un sonicatore (una vasca collegata ad un dispositivo che, emettendo vibrazioni, stacca i nanorods dall’ancoretta magnetica); Estrarre l’ancoretta dal becker prima di spegnere il sonicatore, quindi estrarre il becker dal sonicatore;

Seconda Fase Filtrare l’acqua distillata con i nanorods in un’altra membrana, tramite un filtro a vuoto (il filtro crea il vuoto sotto la membrana, e l’acqua scende spinta dalla pressione atmosferica, depositando i nanorods nei nanopori della membrana); Dopo la filtrazione far essiccare la membrana per alcuni secondi; Tagliare una strisciolina della membrana facendo attenzione a non strappare e a non toccarne la superficie;

Seconda Fase Applicare un disco adesivo al cilindretto metallico per i campioni da microscopio SEM, quindi applicare la striscia sul disco (attenzione a non creare bolle o toccare la superficie della membrana); Tagliare le parti in eccesso; Inserire il campione in una macchina per la doratura (si “dora” la superficie del campione per farlo diventare un buon conduttore e permettere al SEM di fare le analisi);

Seconda Fase Inserire il campione dorato nel microscopio e iniziare l’analisi. I puntini evidenziati in rosso e indicati dalle freccie sono i nanofilamenti di nichel. Attualmente le nanofibre di nichel sono impiegate nella costruzione di microchip e apparecchi elettronici.