nanotecnologia

nanotecnologia

nanotecnologìa s. f. – L'insieme delle conoscenze e delle metodologie di manipolazione e studio della materia sulla scala nanometrica (tipicamente 1÷100 nm, dove 1 nm=10^-9 m), utilizzate per la fabbricazione e la caratterizzazione delle nanostrutture. I materiali nanostrutturati possono essere generalmente costruiti con due metodi differenti. Nel primo (approccio top-down), la fabbricazione parte da aggregati macroscopici e procede verso il basso con riduzione delle dimensioni e riordinamenti successivi. Questo metodo è un'estensione delle microtecnologie che, su scala microscopica (1 μm=10⁻⁶ m), hanno determinato il successo della microelettronica e della fabbricazione dei circuiti integrati. Nel secondo approccio, detto bottom-up, si costruisce il nanosistema per graduale accrescimento, assemblando singole molecole o atomi (building blocks) o, talvolta, mettendo assieme diverse nanostrutture. I metodi bottom-up si basano su reazioni chimiche e manipolazioni atomiche, mentre i metodi top-down sono spesso basati, soprattutto per la produzione di materiali per applicazioni ottiche ed elettroniche, su tecniche litografiche. Le tecniche litografiche standard utilizzano la luce ultravioletta con lunghezza d’onda tipica di 100÷200 nm. A partire da questa tecnica se ne sono sviluppate altre in grado di essere applicate nel campo dei nanometri (nanolitografie): la litografia a fasci di elettroni; la tecnica SCALPEL (Scattering with angular limitation in projection electron-beam lithography), evoluzione della microlitografia proiettiva (cioè con la maschera non in contatto con il substrato); la litografia nell’estremo ultravioletto (EUV, Extreme ultraviolet lithography), nella quale riducendo la lunghezza d’onda della radiazione impiegata si riducono le dimensioni lavorabili; la litografia a raggi X. Il termine soft lithography si riferisce, in particolare, alle tecniche che utilizzano, come maschera litografica, un materiale della famiglia dei siliconi, il PDMS (polidimetilsilossano) o materiali simili. Tali tecniche sono in grado di generare pattern e strutture tra 10 nm e 0,5 nm, su superfici piane e non (lenti, fibre ottiche), senza i problemi tipici della litografia convenzionale; inoltre hanno un basso costo, consentono di utilizzare vari materiali (dai polimeri al vetro, alla ceramica) e di lavorare ampie superfici (fino a qualche decina di cm²). Le tecniche di fabbricazione bottom-up consentono di effettuare la sintesi di materiali nanostrutturati, sotto forma di film, polveri, cristalli, supermolecole, ecc., tramite reazioni chimiche, assemblaggio di nanoblocchi molecolari, processi di deposizione, e così via. Tra le numerose metodiche figurano, accanto a quelle di sintesi chimica tradizionale, le tecniche basate sulla deposizione da fase vapore fisica (PVD, Physical vapor deposition) o chimica (CVD, Chemical vapor deposition); le tecniche di manipolazione atomica, che utilizzano strumenti come il microscopio a scansione a effetto tunnel o il microscopio a forza atomica, con i quali si può eseguire il posizionamento persino di singoli atomi, con risoluzione subatomica e, nel campo della wet chemistry, le tecniche di preparazione sol-gel, molto usate per la produzione di nanocatalizzatori. Le n. rappresentano probabilmente il settore della tecnologia su cui maggiormente si sono indirizzati l'attenzione e gli investimenti della ricerca a partire dalla seconda metà degli anni Novanta del 21° sec., e la gamma di applicazioni dei materiali nanostrutturati (strutturali e funzionali) è praticamente illimitata, essendo coinvolti settori quali la catalisi, la produzione e l'accumulo di energia, la biomedicina, il risanamento e la protezione dell'ambiente, l'elettronica, l'ottica, la fotonica, l'industria automobilistica, aeronautica e aerospaziale, il settore tessile, e così via (v. anche ; ; ).