Università Popolare Molfettese
Anno accademico 2006-2007
N a n o t e c n o l o g i e
Giuseppe Masciopinto
Uno sguardo al passato
La comprensione ed il controllo delle proprietà
dei materiali hanno condizionato la vita
dell’uomo fin dall’apparire delle antiche civiltà.
La capacità dell’uomo di scoprire, inventare ed
utilizzare nuovi materiali o di migliorare le
proprietà dei materiali noti ha generato
profondi cambiamenti in tutti i settori della
vita civile.
L’evoluzione tecnologica che ne è
conseguita ha modificato, fra luci e
ombre, i rapporti economici, sociali e
politici, influenzando perfino i valori
etici e morali.

La tecnologia
10.000 anni fa
La tecnologia
IV secolo a.C.
La tecnologia il
giorno prima
dell’altro ieri
Una
macchina da
stampa, ca.
1700
La tecnologia
Un microscopio,
1776
La tecnologia
l’altro ieri
Locomotiva a
vapore, 1881
La tecnologia
Motore a
scoppio, 1890
La tecnologia
Lavatrice
“manuale”,
1885
La tecnologia
Macchina da
proiezione
Lumiere, 1898
La tecnologia
Automobile
Bugatti, 1910
La tecnologia
Fonografo di Edison,
1901-1910
La tecnologia
Aereo militare,
1917
La tecnologia
Camera
reflex, 1937
La tecnologia ..ieri
1946- ENIAC: il primo computer, 30
tonnellate, 17000 valvole
...dagli anni ’50 in poi:
la miniaturizzazione
Si è andati sempre più di corsa: passando dal
piccolo dell’elettrotecnica al sempre più
piccolo dell’elettronica:
gli anni settanta, gli anni del “piccolo è bello”,
sono caratterizzati dal prefisso della
nuova modernità: micro...................
negli anni novanta si è passati dal “piccolo è
bello al più piccolo è meglio”
Le microtecnologie
1950 -2000
L’era del Silicio:
Dalla VALVOLA TERMOIONICA al
TRANSISTOR ai CIRCUITI INTEGRATI
 Nascono la MICROELETTRONICA e
l’era del COMPUTER
Il primo transistor ha visto
la luce nel 1947
Piccolo è bello
 8 bit = 1 byte
 1024 byte =1 Kbyte
 1 Milione di byte= 1 Mbyte
Scheda
perforata,
byte, 4 gr
100
 1Miliardo di byte=1 Gbyte
1.44
Mbyte
650
Mbyte
10
Gbyte
20 TIR da 20 tonnellate!
...più piccolo è meglio
Ci sono però dei limiti alla
miniaturizzazione oltre i quali
non conviene andare.
L’eccessiva miniaturizzazione ha invertito
l’andamento dei costi di produzione.
La miniaturizzazione, spinta a livello
molecolare, ha modificato le caratteristiche
chimico-fisiche dei materiali che sono
diventate quelle tipiche delle
nanodimensioni.
Richard Feynman:
il Padre delle
Nanotecnologie
(Premio Nobel per la Fisica
nel 1965)
..il 29 dicembre 1959 tenne
un famoso discorso
"Ciò di cui voglio parlare è il problema di manipolare e
controllare le cose su una piccola scala. Appena accenno a
questo, la gente mi parla della miniaturizzazione e di
quanti progressi si siano fatti fino a oggi. Mi parlano di
motori elettrici grandi quanto l’unghia del vostro
mignolo[..]. Ma questo è niente; è il passo più primitivo
nella direzione che intendo discutere[..]. Quando nel 2000
la gente si guarderà indietro, si chiederà perché si sia
arrivati al 1960 prima di muoversi seriamente in questa
direzione.
Richard Feynman:
il Padre delle
Nanotecnologie
(Premio Nobel per la Fisica
nel 1965)
..il 29 dicembre 1959 tenne
un famoso discorso
“. . .Ma non mi spaventa affrontare anche la questione
finale, cioè se - in un lontano futuro - potremo sistemare
gli atomi nel modo in cui vogliamo; proprio i singoli atomi,
al fondo della scala! […] Per quanto ne so, i principi della
fisica non impediscono di manipolare le cose atomo per
atomo. Non è un tentativo di violare alcuna legge; è
qualcosa che in principio può essere fatto, ma in pratica
non è successo perché siamo troppo grandi“.
..sempre Feynman il giorno del Nobel
• “Pensiamo alla punta di uno
spillo, uno spazio abbastanza
ristretto, eppure, entrando nel
mondo delle nanotecnologie,
scopriremo che anche in un
luogo così esiguo, c’è abbastanza
spazio per scrivere nientemeno
che tutti i ventiquattro volumi
dell’Enciclopedia Britannica”
Ma cos’è 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!!!
Dimensioni di qualche sistema
Distanza Terra Luna 400.000.000 metri
1:200
milioni
Raggio della Terra 6.350.000 metri
1:100
milioni
Uomo: 2 metri
Mela: 0,06 metri
1:100
Milioni
Virus Influenza 2 milionesimi metro
Elemento circuitale di un chip:
0.2 milionesimi metro
Circuiti con DNA: 20 miliardesimi di metro
Raggio=6.350.000 m
Diametro=0.06 m
Sezione di filamento
di DNA=2.5 nm
‘There is plenty of room at the bottom’
Richard Feynman, 1959
La collana di Democrito
• Abdera (460-360 a.C.)
Alcune dimensioni
Nanoscienze
controllare la materia atomo
per atomo
Mettendoli uno alla
volta al posto
voluto
Sfruttandone la
tendenza ad ordinarsi
spontaneamente
Oggi siamo in grado di vedere e
manipolare i singoli atomi
Panorama di una
Superficie di rame
Il logo
dell’IBM
ottenuto con
35 atomi di
Xenon
Barriera corallina quantica
La microscopia STM
Nanotecnologie naturali
• Fine ultimo delle Nanotecnologie è
quello di fare artificialmente ciò che
la natura fa da sempre, e cioè
combinare tra loro molecole o piccoli
aggregati di molecole per costruire un
dispositivo, un congegno in grado di
eseguire azioni più o meno complesse.
Madre Natura: il primo
nanotecnologo in assoluto
Frammento di DNA
La doppia elica della
vita
La strategia del geco.
• Curioso esempio di
bionanotecnologia è
il meccanismo delle
zampette del geco:
si attaccano
dovunque in quanto
presentano dei peli
di dimensioni
nanometriche.
La zampa del geco
• E’ ricoperta di sottilissime
setole (setae) grandi circa
100 milionesimi di metro,
ognuna delle quali termina
con una serie di 1000
cuscinetti (spatulae) il cui
diametro è di qualche
nanometro
setae
spatulae
Le ali della farfalla
• Se tocchiamo le ali di una
farfalla Morpho, sulle
nostre dita rimane una
polverina colorata;
ingrandendo quest’ultima
fino a livello nanometrico
notiamo che è formata da
una serie di strutture
simili ad alberelli di Natale
Il fiore di loto
• Le foglie e i petali hanno la
proprietà di autopulirsi. Dotate di
elevata idrorepellenza, esse
riescono a mantenersi pulite e
asciutte grazie alla microruvidità a
livello nanometrico
• della foglia che non consente alle
particelle solide di depositarsi
mentre consentono alla goccia di
scivolar via velocemente portandole
con sé.
Il primo esempio di nanotecnologie:
La Coppa di Licurgo (IV sec. d.C.)
Luce riflessa
Luce trasmessa
• Fabbricata dai romani addizionando polvere d’oro al
vetro. Fu ottenuto così il vetro dicroico, un materiale
che cambia colore a seconda che la luce venga trasmessa
attraverso la sua superficie o riflessa dalla stessa.
Altro esempio di
nanotecnologie
• Nel XIII secolo
i maestri vetrai
tedeschi che
lavoravano alla
realizzazione
delle cattedrali
gotiche
ottenevano le
splendide
vetrate colorate
disperdendo nel
vetro piccole
quantità di oro.
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.
1985-La scoperta del
Fullerene
Fullerene
Il C60 è costituito da 12
pentagoni e 20 esagoni, con
ciascun pentagono circondato
da cinque esagoni. E’
composto da 60 atomi di
Carbonio ed ha la stessa
geometria di un pallone da
calcio. Il diametro è di circa
10 nanometri
1991-I nanotubi di Carbonio
I nanotubi di carbonio sono
strutture basate sui fullereni.
Si ottengono unendo esagoni
di carbonio arrotolati come
una sorta di tappeto e chiuso
alle due estremità da mezza
molecola di fullerene.
Dotati di caratteristiche eccezionali stanno trovando
impiego come incapsulanti di principi chimici fortemente
citotossici nella cura di tumori polmonari.
Sono destinati a emulare, nella realtà, il sommergibile
fantascientifico del “Viaggio allucinante”
A cosa servono i nanotubi?
Nanocircuito (IBM)
Proprietà
Dimensioni: 0.6-1.8 nm (tubi singoli)
Resistenza: oltre 20 volte più del migliore
acciaio
Flessibilità: molto superiore alle fibre di
carbonio
Elettricità: conducono fino a 1000 volte più
del rame
Stabilità: resistono fino a 2800°C
Future applicazioni
Nanocircuiti: autoaggregazione per formare circuiti
100 volte più piccoli di quelli attuali
Sonde chimiche: per scansionare le molecole
Muscoli artificiali: 100 volte più forti di quelli umani
Nanopinze: per afferrare le molecole
Nanobilance: per pesare gli atomi
Celle a combustibile: per immagazzinare idrogeno
APPLICAZIONI
delle
NANOTECNOLOGIE
Settori di applicazione:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Tessile
Dei materiali
Sanitario e Chirurgico
Sicurezza
Cosmetico
Elettrico
Artistico
Informatico
Energetico
SETTORE TESSILE
Tessuti senza pieghe, senza macchie,
impermeabili, traspiranti
Questi tessuti sfruttano l’effetto loto naturale delle piante che si
basa sulle forze di coesione tra le particelle:
su superfici liscie, le particelle contaminanti sono solo spostate dal
movimento delle goccioline d’acqua.
su superfici rugose, invece, esse aderiscono alle goccioline d’acqua
e rotolano via, lasciando la foglia pulita
SETTORE 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 dall’ambiente esterno.
SETTORE DEI MATERIALI
Marmitte catalitiche
nanostrutturate per
convertire i prodotti di
combustione delle benzine in
sostanze atossiche.
Nuove generazioni di pneumatici
contenenti nanoparticelle in grado
di fornire una maggiore resistenza
all’usura insieme a migliori
prestazioni, in termini di tenuta di
strada, sia in condizioni normali
che sul bagnato o sulla neve.
SETTORE SANITARIO
Cerotti protettivi:
Utilizzando le note proprietà antibatteriche
dell’argento, sono in commercio garze
contenenti nano-particelle di tale metallo
per curare le ferite provocate da ustioni
in modo migliore rispetto ai cerotti
tradizionali.
SETTORE DELLA SICUREZZA
Filando nanotubi si ottengono fibre per
tessuti più tenaci del filo della tela
del ragno e servono per fabbricare:
• Corde e imbragature di sicurezza
• Coperte anti-esplosione per le aree
cargo degli aerei
• Giubbotti e schermi anti-proiettile
SETTORE
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 30-60 nm, è stata creata una
formulazione che blocca tutti i raggi UV,
ma è completamente trasparente alla luce
visibile.
SETTORE ELETTRICO
Nanofotonica per la luce
L’ azienda Osram, utilizzando dei nanocristalli
produce led a basso consumo energetico.
Nanoparticelle di metalli (oro e argento…)
servono per costituire i colori
SETTORE DELLA SICUREZZA
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.
SETTORE 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.
SETTORE 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 !
SETTORE INFORMATICO
Nano schermi:
monitor di grandi dimensioni ma totalmente
esenti dal fastidioso “effetto ombra”.
-Costi inferiori e
una definizione
altissima.
-Bassissimi tempi
di risposta.
SETTORE DELLE ARTI
La pulitura è l’operazione più delicata e
rischiosa alla quale può essere sottoposta
un’opera d’arte perché è l’unica operazione
assolutamente irreversibile…
Metodi di pulitura:
- Mezzi meccanici
- Detergenti
- Agenti biologici
• Presentata pochi
giorni fa, la nuova
FERRARI è un
concentrato di
nanotecnologie:
• Freni in nanotubi
di carbonio
• Iniezione
elettronica digitale
• Scocca in
materiale
ultraleggero
ottenuto
utilizzando
nanotubi di
carbonio
• Pneumatici in
mescola speciale
• e tanto altro.......
La Nuova Rossa
F2007
Il FUTURO
Ci si appresta a lanciare
entro il 2015 un nanoprocessore 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.
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.
A conclusione del mio lavoro Vi
propongo le foto seguenti .
La storia che le accompagna,
realizzata grazie alle nuove tecnologie,
è un bellissimo inno alla vita
La foto è di un bimbo di 21 s e t t i m a n e, Samuel
Arnas, a cui fu diagnosticata la spina bífida, una
malformazione che non lascia speranza di
sopravvivenza, a meno di ricorrere a un intervento
intrauterino.
Il Dr. Bruner, dopo numerose ricerche effettuate nel
Centro Medico Universitario di Vanderbilt, a
Nashville, nel Tennessee, annunció che avrebbe
potuto compiere tale intervento,
con il bimbo ancora nell’utero materno.
Durante l’intervento il chirurgo fece un normale
taglio cesareo, estrasse l’utero e vi praticò una
piccola incisione attraverso la quale operare il
piccolo Samuel.
Il Dr. Bruner stava completando l’intervento, che
era andato bene, quando Samuel, attraverso il
taglio praticato, sporse la sua piccolissima
manina e si attaccò al dito del medico
stupefatto.
Il New York Times intitolò la foto
“Hand of Hope” (Mano della speranza)
Il prestigioso chirurgo disse di aver
vissuto il momento più emozionante
della sua vita, quando la manina di
Samuel prese il suo dito quasi per
ringraziarlo del dono della vita che gli
aveva fatto.
Egli rimase impietrito per vari
secondi, durante i quali Samuel
continuava a tenergli il dito, dando
così la possibilità all’équipe di
scattare le fotografie.
La madre di Samuel dichiarò di aver pianto
per alcuni giorni dopo aver visto le
incredibili foto.
Ecco qua Samuel .. Vive una vita normale al 100%
Samuel, mesi dopo...
.. Non Vi pare che
sia il caso di dire
con
Alice...............
Viva le
Nanotecnologie?