SINTESI E CONCLUSIONI
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Nei diodi Laser la frequenza di emissione della luce dipende sia dal tipo di materiale utilizzato che dallo spessore del "pozzo quantico"; ciò vuol dire che le proprietà di un nanomateriale dipendono dalla sua dimensione e dalla sua forma.
In particolare, vengono esaltati quei fenomeni che coinvolgono la superficie di un materiale poiché più piccole sono le dimensioni delle particelle e più è grande il rapporto superficie/volume.
Ne troviamo un esempio nelle marmitte catalitiche, in cui si sfrutta l'oro (anziché il platino, il rodio e il palladio, più costosi e tossici dell'oro), chimicamente inerte su scala macroscopica, per la catalisi del monossido di carbonio (CO, tossico) in prodotti non nocivi come CO2 e H2O.
Un aspetto interessante da considerare è che l'elevato rapporto superficie/volume, alla nanoscala, rende preponderanti le interazioni intermolecolari (le forze di Van der Waals) ed elettromagnetiche rispetto alla forza di gravità.
Un esempio straordinario è dato dal cosiddetto "effetto geco", in cui la somma di numerose piccole forze di adesione, di origine elettrostatica, è in grado di superare la forza di gravità.
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La particolare nanostruttura "gerarchica" dei polpastrelli delle zampe del geco (le lamelle di ciascun dito sono suddivise in "sete", a loro volta costituite da centinaia di "spatole", di larghezza nanometrica) gli dona un'abilità adesiva straordinaria (il geco è in grado di aderire a superfici verticali perfettamente lisce o a soffitti), non dovuta a sistemi di ventose o di uncini ma a deboli forze di Van der Waals, il cui elevato numero di interazioni dà una risultante in grado di contrastare la gravità.
E' possibile sviluppare materiali adesivi che imitano l'effetto geco, nanostrutturando opportunamente una superficie.
Un ulteriore esempio del legame tra la struttura di un materiale e le sue proprietà è fornito dal diamante e dalla grafite, le due forme allotropiche tipiche del carbonio.
Entrambi i minerali sono costituiti da atomi di carbonio (in questo contesto si parla di "polimorfismo") ma hanno una struttura cristallina differente (e differenti proprietà chimico-fisiche).
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Recentemente sono state scoperte numerose altre forme allotropiche del carbonio, tra cui i fullereni (la cui forma sferica più frequente è il C60, chiamato BUCKMINSTERFULLERENE), i nanotubi di carbonio (BUCKTUBE) e il grafene.
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Queste strutture hanno differenti proprietà meccaniche, termoconduttive ed elettriche, ad esempio i nanotubi possono essere utilizzati come isolanti, semiconduttori o conduttori, in base al modo in cui la lamina si avvolge.
Si possono ottenere nuovi biomateriali e "smart materials", questi ultimi in grado di modificare la loro struttura (e quindi le loro proprietà) se sottoposti a stimoli ambientali.
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Il grafene e altri polimeri conduttivi possono essere integrati nei tessuti (che incorporano sensori e attuatori), ottenendo
"smart clothes", in cui le stesse strutture tessili eseguono funzioni elettriche ed elettroniche.
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Occorre ricordare, infine, che per il progetto e la lavorazione di nanomateriali si sfruttano le leggi della fisica quantistica, per cui è fondamentale, ai fini tecnologici, la comprensione del comportamento quantistico di tali materiali (su scala nanometrica).
E' anche possibile che esperimenti alla nanoscala consentano, viceversa, di comprendere meglio alcuni aspetti della fisica quantistica tuttora dibattuti (come ad es. il "problema della misura").
Nel 1993 tre scienziati americani (Eigler, Lutz e Crommie), utilizzando un microscopio STM ad effetto tunnel, mostrarono la formazione di un "quantum corral" (recinto quantico), nano-oggetti formati da atomi adsorbiti, a forma di cerchio, da un substrato metallico a singolo cristallo (mono-cristallino).
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Furono posti 48 atomi di ferro su una superficie di rame Cu(111), dall'immagine al microscopio STM si osservano, all'interno del "recinto", le onde stazionarie di densità elettronica, come previsto dall'equazione di Schrodinger (per le opportune condizioni al contorno).
Venne anche dimostrato il cosiddetto "quantum mirage", ponendo alcuni atomi di cobalto, a forma ellittica, su un substrato di rame: quando un atomo di cobalto viene collocato su uno dei fuochi dell'ellisse, compare un miraggio dell'atomo nell'altro fuoco, nell'immagine al microscopio STM.
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Da notare che, nonostante l'atomo sia presente in un solo fuoco, le proprietà elettroniche del "gas" elettronico nei due fuochi sono le stesse.
Buona lettura ?
