N E W S L E T T E R - Centro Italiano per le Nanotecnologie
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Periodico<br />
di informazione<br />
sul<strong>le</strong> nanotecnologie<br />
giugno 2006<br />
Supp<strong>le</strong>mento a Notizie Airi<br />
n. 149 marzo apri<strong>le</strong> 2006<br />
Anno XXI - 2006<br />
Bimestra<strong>le</strong><br />
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G I U G N O 2 0 0 6<br />
Editoria<strong>le</strong> .............................................................................................................................................2<br />
RICERCA & SVILUPPO<br />
Tecniche di nanofabbricazione top down e bottom up <strong>per</strong> lo sviluppo di dispositivi spintronici...............3<br />
Materiali metallici massivi nanostrutturati tramite intense deformazioni plastiche..................................7<br />
Sensoristica a base micro e nano oscillatori meccanici (canti<strong>le</strong>ver)........................................................10<br />
Approcci innovativi alla riqualificazione dei materiali plastici attraverso la dis<strong>per</strong>sione di cariche<br />
nanostrutturate e l’utilizzo della simulazione mo<strong>le</strong>colare.....................................................................15<br />
Nanomondo e Movimento. L’esempio del pneumatico .......................................................................18<br />
Tethis: nuove soluzioni nel nano- e biotech.........................................................................................24<br />
NOTIZIE<br />
Notizie in breve<br />
Nasce a Rovigo ECSIN (European Center for the Sustainab<strong>le</strong> Impact of Nanotechnology)....................30<br />
Attività normativa naziona<strong>le</strong> UNI e internaziona<strong>le</strong> ISO in materia di nanotecnologie ............................30<br />
Dispositivo <strong>per</strong> la valutazione del potere disinquinante dei materiali fotocatalitici ................................31<br />
Pubblicato inventario dei prodotti nanotecnologici .............................................................................31<br />
Nanochal<strong>le</strong>nge: 300,000 euro <strong>per</strong> nuove iniziative industriali nel<strong>le</strong> nanotecnologie .............................32<br />
Il budget federa<strong>le</strong> USA 2007 <strong>per</strong> <strong>le</strong> nanotecnologie ...........................................................................32<br />
Ora disponibili <strong>le</strong> roadmaps del progetto UE Nanoroadmap ................................................................32<br />
Seminari e convegni<br />
NSTI Nanotech 2006 International Conference: uno spazio <strong>per</strong> <strong>le</strong> nanotecnologie italiane...................33<br />
NSTI Nanotech 2006 International Conference: il convegno................................................................34<br />
Il Progetto NAoMITEC aiuta <strong>le</strong> PMI a partecipare<br />
ai programmi di ricerca supportati dalla Commissione Europea...........................................................35<br />
Le nanotecnologie nel 7° Programma Quadro dell’Unione Europea:<br />
innovazione <strong>per</strong> il mondo di domani...................................................................................................35<br />
Nanotech Umbria 2006: una opportunità <strong>per</strong> il nuovo distretto tecnologico umbro.............................36<br />
The risk governance of nanotechnology: recommendations for managing a global issue.....................36<br />
Aspetti di Base e Funzionali di ibridi inorganici-organici nanostrutturati...............................................37<br />
Eventi futuri<br />
Eventi nanotec...................................................................................................................................38<br />
Spedizione in abb. posta<strong>le</strong><br />
comma 20 <strong>le</strong>tt. B art. 2<br />
L. 23.12.96 n. 662<br />
Roma/Romanina<br />
Pubblicità 45%<br />
Autorizzazione Tribuna<strong>le</strong><br />
di Roma n. 216<br />
del 29 apri<strong>le</strong> 1986<br />
Redazione AIRI:<br />
00198 Roma<br />
Via<strong>le</strong> Gorizia, 25/c<br />
tel. 06.8848831, 06.8546662<br />
fax 06.8552949<br />
e-mail: info@airi.it<br />
www.airi.it - www.nanotec.it
2<br />
Editoria<strong>le</strong><br />
Questo numero della news<strong>le</strong>tter, nel qua<strong>le</strong> sono presenti contributi<br />
di importanti aziende Italiane che illustrano il loro impegno in<br />
ambito dell’industria nel campo del<strong>le</strong> nanotecnologie, esce in<br />
concomitanza con il “2° Censimento Nanotec IT del<strong>le</strong> <strong>Nanotecnologie</strong><br />
in Italia”, che facendo seguito a quello pubblicato<br />
nel 2004, sarà disponibi<strong>le</strong> dal prossimo mese di luglio.<br />
Nei due anni intercorsi dalla pubblicazione del 1° Censimento<br />
l’interesse <strong>per</strong> <strong>le</strong> nanotecnologie nel mondo ha seguitato a crescere,<br />
arrivando a coinvolgere tutti i paesi piu’ importanti. Il finanziamento<br />
pubblico, che è stato all’inizio il principa<strong>le</strong> motore dello<br />
sviluppo di questo settore, ha su<strong>per</strong>ato comp<strong>le</strong>ssivamente nel<br />
2005 i 4 miliardi di dollari, ma cio’ che è forse maggiormente ri<strong>le</strong>vante,<br />
è il fatto che gli investimenti privati nel<strong>le</strong> nanotecnologie<br />
hanno ormai raggiunto quelli pubblici. Sommando questi due finanziamenti<br />
nel 2005 gli investimenti sul<strong>le</strong> nanotecnologie nel<br />
mondo hanno su<strong>per</strong>ato i 9 miliardi di dollari, quasi equamente divisi<br />
tra pubblico e privato. Insomma è chiaro che <strong>le</strong> nanotecnologie<br />
non sono una infatuazione passeggera, ma una realtà della<br />
qua<strong>le</strong> bisogna tenere conto.<br />
L’evoluzione di questi ultimi due anni ha convinto Nanotec IT della<br />
necessità di verificare nuovamente con attenzione il quadro esistente<br />
in Italia nella convinzione che la conoscenza puntua<strong>le</strong> della<br />
situazione è la base di partenza obbligata <strong>per</strong> ogni iniziativa in<br />
questo campo che si voglia confrontare con successo con quanto<br />
avviene negli altri Paesi con i quali dobbiamo competere.<br />
Il 2° Censimento Nanotec IT ha registrato come anche in Italia<br />
l’impegno nel<strong>le</strong> nanotecnologie negli ultimi due anni è aumentato.<br />
Rispetto al Censimento del 2004, il numero dei soggetti che<br />
sono attivi nel<strong>le</strong> nanotecnologie è risultato infatti cresciuto, soprattutto<br />
<strong>per</strong> cio’ che riguarda <strong>le</strong> imprese, cosi’ come è aumentato<br />
significativamente il numero degli addetti. Nuove iniziative sono<br />
state attivate, soprattutto a livello organizzativo, <strong>per</strong> favorire<br />
e promuovere l’attività in questo campo. L’impegno risulta insomma<br />
importante e si pone l’esigenza di rendere questo impegno<br />
sempre piu’ efficace <strong>per</strong> competere con succeso. Uno strumento<br />
di grande aiuto in questa direzione sarebbe la presenza di una iniziativa<br />
specifica <strong>per</strong> <strong>le</strong> nanotecnologie che dovrebbe coinvolgere<br />
in un disegno comune, ricerca pubblica, imprese, pubblica amministrazione.<br />
Il Censimento non ha messo in evidenza iniziative di<br />
questo genere in Italia che invece esistono in vari paesi. Negli Stati<br />
Uniti, ad esempio, è stata attivata nel 2001 la National Nanotechnology<br />
Iniziative (NNI) proprio allo scopo di acce<strong>le</strong>rare lo sviluppo<br />
e l’applicazione del<strong>le</strong> nanotecnologie. La posizione di punta di<br />
questo Paese nel settore ha <strong>le</strong> sue radici anche in questa iniziativa<br />
che gode di un sostegno economico federa<strong>le</strong> di grande entità. Il<br />
budget 2006 della NNI è di oltre 1 miliardo di dollari e <strong>per</strong> il 2007<br />
è previsto un impegno ancora piu’ e<strong>le</strong>vato.<br />
Un’iniziativa analoga (non necessariamente del<strong>le</strong> stesse dimensioni….)<br />
avrebbe la capacità di mobilizzare risorse economiche<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
adeguate, razionalizzare l’uso di tali risorse, orientare l’attività di<br />
R&S verso obiettivi condivisi e prioritari, favorire <strong>le</strong> collaborazioni<br />
ed il trasferimento dei risultati di ricerca.<br />
Una iniziativa naziona<strong>le</strong> <strong>per</strong> <strong>le</strong> nanotecnologie offrirebbe <strong>per</strong>o’<br />
anche un altro vantaggio fondamenta<strong>le</strong>. Il successo del<strong>le</strong> nanotecnologie<br />
e l’effettivo conseguimento del<strong>le</strong> grandi innovazioni<br />
che esse promettono, sono <strong>le</strong>gati infatti alla capacità di realizzare<br />
prodotti e processi che non abbiano effetti negativi <strong>per</strong> l’uomo e<br />
<strong>per</strong> l’ambiente. Cio’ significa identificare <strong>per</strong> tempo i potenziali<br />
fattori di rischio, mettere a punto strumenti <strong>per</strong> la loro caratterizzazione,<br />
valutazione e controllo, informare tempestivamente il<br />
pubblico che deve conoscere in maniera corretta vantaggi e svantaggi<br />
che possono derivare dall’applicazione di queste tecnologie<br />
emergenti. In sintesi tutto questo significa ricerca responsabi<strong>le</strong> e<br />
l’iniziativa naziona<strong>le</strong> auspicata darebbe un contributo decisivo<br />
<strong>per</strong> raggiungere questo obiettivo. Il fatto che <strong>le</strong> nanotecnologie<br />
siano ancora in una fase inizia<strong>le</strong> di sviluppo, offre l’opportunità di<br />
affrontare <strong>per</strong> tempo ed efficacemente questa tematica.<br />
L’esigenza, o meglio, la necessità, di una ricerca responsabi<strong>le</strong> nel<strong>le</strong><br />
nanotecnologie al fine di ottenere prodotti e processi sicuri è<br />
ampiamente condivisa. Organismi sopranazionali, come l’Unione<br />
Europea e nazionali, come la National Science Foundation USA,<br />
network internazionali, quali il Global Nanotechnology Network<br />
(GNN), sono impegnati attivamente in questa direzione finanziando<br />
ricerche e indagini, promuovendo incontri, favorendo<br />
scambio di informazioni. Questa esigenza è largamente condivisa<br />
anche dal mondo del<strong>le</strong> imprese nella consapevo<strong>le</strong>zza che il successo<br />
economico è ormai <strong>le</strong>gato al soddisfacimento di questo requisito<br />
fondamenta<strong>le</strong>.<br />
Nanotec IT, che partecipa al GNN, è impegnato attivamente a dare<br />
il suo contributo al raggiungimento di questo obiettivo. Un<br />
esempio ne è il convegno “Governare lo Sviluppo del<strong>le</strong> <strong>Nanotecnologie</strong><br />
in Italia” organizzato a Roma il 3 luglio 2006, che si propone<br />
appunto di affrontare il prob<strong>le</strong>ma della promozione nel nostro<br />
Paese del<strong>le</strong> nanotecnologie e del loro sviluppo responsabi<strong>le</strong>.<br />
Iniziative in questa direzione saranno una priorità di Nanotec IT<br />
anche nel futuro.<br />
Elvio Mantovani
Tecniche di nanofabbricazione<br />
top down e bottom up<br />
<strong>per</strong> lo sviluppo di dispositivi<br />
spintronici.<br />
Danie<strong>le</strong> Pullini, Gianfranco Innocenti<br />
<strong>Centro</strong> Ricerche Fiat - Orbassano, Torino<br />
Introduzione<br />
Il termine “Nanotecnologia” venne coniato nel 1976 da Eric<br />
Drext<strong>le</strong>r <strong>per</strong> definire la “sua” scienza: “una tecnologia a livello<br />
mo<strong>le</strong>colare che ci potrà <strong>per</strong>mettere di porre ogni atomo dove vogliamo<br />
che esso stia. Chiamiamo questa capacità ‘nanotecnologia’,<br />
<strong>per</strong>ché funziona sulla scala del nanometro, un milionesimo<br />
di metro”. Da quel giorno sono successe molte cose e <strong>le</strong> nanotecnologie<br />
rappresentano oggi una del<strong>le</strong> forme di investimento<br />
più strategiche <strong>per</strong> il futuro. Fra <strong>le</strong> discipline che fanno del<strong>le</strong> nanotecnologie<br />
una del<strong>le</strong> risorse più importanti <strong>per</strong> lo sviluppo dei<br />
paesi ‘post-fordisti’, il nanomagnetismo è certamente una del<strong>le</strong><br />
più promettenti in virtù del<strong>le</strong> molteplici aree di applicabilità e dei<br />
suoi ampi margini di sviluppo. L’industria dell’e<strong>le</strong>ttronica integrata<br />
e dei calcolatori è il primo ambito applicativo di questa ‘nanoscienza’,<br />
che ha visto nel<strong>le</strong> memorie non volatili il suo primo vero<br />
prodotto (RAM Magnetiche non-volatili).<br />
Oggi in questo ambito, sforzi notevoli vanno concentrandosi nella<br />
nanostrutturazione di materiali comp<strong>le</strong>ssi a base magnetica,<br />
cioè costituiti di e<strong>le</strong>menti magnetici e non-magnetici distribuiti in<br />
modo ordinato su sca<strong>le</strong> nanometriche nello spazio tridimensiona<strong>le</strong>.<br />
La possibilità di integrare in un unico materia<strong>le</strong> più e<strong>le</strong>menti<br />
(singoli e<strong>le</strong>menti magnetici, e<strong>le</strong>menti multipli stratiformi, eterostrutture,<br />
<strong>le</strong>ghe o compositi) consente di progettare e di sviluppare<br />
veri e propri materiali artificiali di proprietà non esistenti in Natura,<br />
proprietà che si manifestano soltanto quando la materia è<br />
aggregata in configurazioni speciali su scala nanometrica.<br />
Uno dei prob<strong>le</strong>mi con cui la ricerca industria<strong>le</strong> si sta misurando<br />
dall’avvento del<strong>le</strong> nanotecnologie ai giorni nostri è di rendere<br />
compatibili i processi di funzionalizzazione della materia a sca<strong>le</strong><br />
nanometriche e quelli dominio del mondo micrometrico, ancora<br />
necessari <strong>per</strong> consentire la comunicazione dell’e<strong>le</strong>mento attivo<br />
con il mondo esterno. Se <strong>per</strong> microstrutturare la materia si riconosce<br />
il solo approccio ‘top-down’ (la fotolitografia classica), che<br />
consiste nello scolpire un materia<strong>le</strong> massivo <strong>per</strong> ricavarne la microstruttura,<br />
<strong>le</strong> nanotecnologie offrono opportunità maggiori, accanto<br />
agli approcci top-down qui rappresentati dalla litografia a<br />
fascio e<strong>le</strong>ttronico (EBL) e a fascio ionico focalizzato (FIB), vi sono<br />
approcci ‘bottom-up’, processi mediante cui la materia si auto-organizza<br />
<strong>per</strong> formare strutture nanometriche <strong>per</strong>iodiche bi- e tridimensionali<br />
(comunemente self-assembly). In questo articolo<br />
presentiamo questi due approcci in relazione a due linee prodotto<br />
che il CRF sta sviluppando nell’ambito spintronica: <strong>le</strong> spin valve<br />
MTJ e i nanowire GMR.<br />
R I C E R C A & S V I L U P P O<br />
FIB nanosculpting <strong>per</strong> la fabbricazione di giunzioni MTJ<br />
L’avvento del<strong>le</strong> nanotecnologie ha portato in auge il focused ionbeam<br />
(FIB), un sistema sofisticato che consente di visualizzare<br />
(microscopia), tagliare (milling), modellare (sculpting) e deporre<br />
materiali di dimensioni nanometriche. Il FIB nasce nel campo dell’industria<br />
dei semiconduttori nei primi anni ’90 allo scopo di verificare<br />
la corretta crescita dei wafer di silicio, rifinire circuiti e<strong>le</strong>ttronici<br />
e <strong>per</strong> preparare campioni <strong>per</strong> la microscopia e<strong>le</strong>ttronica. Al<br />
CRF la tecnologia FIB viene utilizzata in diversi ambiti del<strong>le</strong> nanotecnologie:<br />
fotonica, energia, materiali artificiali (<strong>le</strong>ft handed),<br />
biotecnologie e in questo caso specifico <strong>per</strong> fabbricare dispositivi<br />
e materiali <strong>per</strong> la spintronica; in particolare, in questo articolo mostriamo<br />
come il FIB è stato impiegato <strong>per</strong> miniaturizzare giunzioni<br />
a tunnel magnetico (MTJ) allo scopo di fabbricare sensori di<br />
campo magnetico nanometrici di nuova generazione.<br />
Le giunzioni MTJ sono multistrati di numerosi e<strong>le</strong>menti diversi e<br />
<strong>le</strong>ghe (materiali ferromagnetici, antiferromagnetici e die<strong>le</strong>ttrici)<br />
depositati mediante tecniche ad alto vuoto (DC/RF magnetron<br />
sputtering); <strong>per</strong> meglio comprenderne il principio di funzionamento,<br />
sebbene il multistrato rea<strong>le</strong> sia costituito di numerosi film<br />
diversi di spessore nanometrico, semplifichiamone la struttura in<br />
due strati ferromagnetici di diversa coercività separati da uno sotti<strong>le</strong><br />
di materia<strong>le</strong> isolante (nel nostro caso di allumina). Applicando<br />
un campo e<strong>le</strong>ttrico ai capi di una MTJ lungo la direzione ortogona<strong>le</strong><br />
al piano della giunzione, attraverso lo strato die<strong>le</strong>ttrico barriera<br />
passa una corrente di tunnelling, la cui intensità dipende<br />
dalla disposizione dei momenti magnetici degli atomi contenuti<br />
nei due strati ferromagnetici. La corrente di tunnelling è massima<br />
quando i due strati magnetici sono saturi e <strong>le</strong> loro magnetizzazioni<br />
relative allineate paral<strong>le</strong>lamente. La figura 1 illustra il funzionamento<br />
di una spin valve MTJ.<br />
Figura 1. Funzionamento di una spin valve MTJ – struttura semplificata; a.<br />
Configurazione antiparal<strong>le</strong>la; b. Configurazione paral<strong>le</strong>la<br />
La figura 2 riporta un’immagine FIB di una giunzione MTJ submicrometrica<br />
realizzata nei laboratori di micro e nanotecnologie del<br />
<strong>Centro</strong> Ricerche Fiat. L’e<strong>le</strong>mento in figura è stato fabbricato mediante<br />
FIB nanosculpting (FEI dual beam FIB) a partire da un multistrato<br />
MTJ secondo la tecnica dei ‘side cuts’ precedentemente dimostrata<br />
a Cambridge da M. Bramire; 1 questa tecnica, consente<br />
di interrom<strong>per</strong>e la continuità e<strong>le</strong>ttrica del multistrato ovunque<br />
fuorché attraverso un’area del<strong>le</strong> dimensioni volute. Mediante una<br />
semplice misura di conducibilità e<strong>le</strong>ttrica della giunzione nanodimensionata<br />
è possibi<strong>le</strong> misurare un campo magnetico esterno o<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
3<br />
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4<br />
semplicemente accorgersi se in prossimità del dispositivo sia passata<br />
o meno una sorgente di campo magnetico in movimento.<br />
Figura 2. FIB nanosculpting. Giunzione a Tunnelling Magnetico (MTJ)<br />
submicrometrica fabbricata al CRF.<br />
Una spin valve MTJ, in virtù della sua grande sensibilità ai campi<br />
magnetici e alla grande stabilità di risposta a tem<strong>per</strong>ature e<strong>le</strong>vate,<br />
può essere considerata a tutti gli effetti come il cuore di un sensore<br />
di campo magnetico di nuova generazione, che ben si presta a<br />
sostituire dispositivi più classici come i sensori ad effetto Hall,<br />
AMR e ad induzione nei sistemi di posizionamento lineari e con<br />
ruota fonica. La giunzione MTJ, rispetto ai sensori tradizionali,<br />
presenta un rapporto di magneto-resistenza (nel caso specifico:<br />
TMR) di gran lunga su<strong>per</strong>iore; oggi si riportano valori di TMR<br />
maggiori del 70% a tem<strong>per</strong>atura ambiente con barriera di allumina,<br />
e diversi gruppi di ricerca si stanno concentrando su film di<br />
MgO <strong>per</strong> aumentare ta<strong>le</strong> rapporto (si riportano valori di<br />
TMR>230% a tem<strong>per</strong>ature ambiente con l’MgO).<br />
E<strong>le</strong>ttrodeposizione in matrici nanoporose <strong>per</strong> la<br />
fabbricazione di nanowire GMR.<br />
Oltre alla nanolitografia a fascio ionico, al CRF sono state sviluppate<br />
competenze riguardo la nano-fabbricazione bottom-up,<br />
grazie a cui, a partire da nanostrutture auto-organizzate impiegate<br />
ora come calco, ora come maschera d’ampiezza è possibi<strong>le</strong><br />
fabbricare un secondo e<strong>le</strong>mento anch’esso nanostrutturato. In<br />
particolare, in questo articolo vengono presentati i criteri di fabbricazione<br />
di nanowire Giant Magneto Resistive (GMR) <strong>per</strong> la sensoristica<br />
a partire da un substrato di Allumina Porosa Anodizzata<br />
(APA), una matrice di allumina dotata di pori di dimensioni nanometriche.<br />
Inizialmente l’APA venne utilizzata <strong>per</strong> proteggere <strong>le</strong> su<strong>per</strong>fici di<br />
allumino dalla corrosione e come materia<strong>le</strong> die<strong>le</strong>ttrico <strong>per</strong> la microe<strong>le</strong>ttronica,<br />
solo recentemente ha riscosso interesse il suo impiego<br />
nella nanofabbricazione, in particolare <strong>per</strong> <strong>le</strong> sue caratteristiche<br />
strutturali: e<strong>le</strong>vato rapporto tra profondità e sezione di poro<br />
ed e<strong>le</strong>vata regolarità reticolare. L’Allumina si auto-organizza<br />
nella tipica struttura a nido d’ape, a partire da un semplice strato<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
di alluminio metallico <strong>per</strong> mezzo di un processo e<strong>le</strong>ttrochimico<br />
noto come anodizzazione. Il diametro dei suoi pori può essere<br />
controllato, tra qualche decina a qualche centinaia di nanometri,<br />
dall’e<strong>le</strong>ttrolita usato, dalla corrente di anodizzazione e mediante<br />
parametri di processo quali concentrazione, pH e tem<strong>per</strong>atura<br />
della soluzione; mediante trattamenti chimici opportuni è possibi<strong>le</strong><br />
inoltre allargare la sezione dei suoi pori e renderli dei veri e propri<br />
nanocanali passanti.<br />
Figura 3. APA fabbricata al CRF. Immagine AFM.<br />
La figura 3. è un’immagine dall’alto di APA ottenuta mediante microscopia a<br />
forza atomica (AFM).<br />
Se il controllo del processo di anodizzazione consente di decidere<br />
il diametro dei pori e la <strong>per</strong>iodicità della loro disposizione, la loro<br />
profondità corrisponde allo spessore dello strato di alluminio di<br />
partenza; in questo articolo, vengono presentati i risultati relativi<br />
alla fabbricazione di nanowire GMR ottenuti riempiendo nanocanali<br />
di 80nm di diametro realizzati in APA di 8 micron di spessore.<br />
I nanowire GMR in questione sono sistemi multistrato di <strong>per</strong>iodicità<br />
nanometrica costituiti di strati di Co e di Cu alternati. Se <strong>per</strong><br />
un attimo facciamo riferimento ad un tratto e<strong>le</strong>mentare del nanowire,<br />
cioè ad un tristrato Co/Cu/Co, gli spessori in gioco fanno<br />
sì che in assenza di campo esterno gli strati Co siano accoppiati in<br />
modo antiferromagnetico (interazione dipolare), mentre alla presenza<br />
di un campo magnetico esterno passino gradualmente alla<br />
configurazione paral<strong>le</strong>la in funzione dell’intensità del campo stesso.<br />
Come illustrato in figura 4, il passaggio dalla configurazione<br />
antiparal<strong>le</strong>la a quella paral<strong>le</strong>la corrisponde ad un cambiamento<br />
della conducibilità e<strong>le</strong>ttrica del nanowire (effetto GMR), effetto<br />
causato dai processi di scattering e<strong>le</strong>ttronico che avvengono nella<br />
struttura ed in particolare al<strong>le</strong> interfacce.
Figura 4. GMR in Co/Cu nanowire – Schema di principio. a. Configurazione<br />
paral<strong>le</strong>la, alta conducibilità e<strong>le</strong>ttrica; b. Configurazione antiparal<strong>le</strong>la, bassa<br />
conducibilità e<strong>le</strong>ttrica. Le frecce sottili rappresentano il moto degli e<strong>le</strong>ttroni.<br />
Oggi, diversi gruppi di ricerca stanno concentrando i loro sforzi<br />
nella fabbricazione di matrici di nanowire GMR, o <strong>per</strong> studiare fenomeni<br />
di trasporto e<strong>le</strong>ttronico nella materia confinata 2,3 o <strong>per</strong>chè<br />
mossi dalla moltitudine di applicazioni a cui questi sistemi<br />
preparano la strada. 3 In questo ambito, allo scopo di sviluppare<br />
sensori di posizione a basso costo, il <strong>Centro</strong> Ricerche Fiat sta investendo<br />
risorse nell’e<strong>le</strong>ttrodeposizione in APA a partire da un’unica<br />
soluzione e<strong>le</strong>ttrolitica, una tecnologia considerata molto vicina ad<br />
una possibi<strong>le</strong> industrializzazione a costi competitivi. L’e<strong>le</strong>ttrodeposione<br />
di due e<strong>le</strong>menti a partire da un’unica soluzione consiste<br />
nel depositare ora un metallo ora l’altro semplicemente commutando<br />
il potenzia<strong>le</strong> di un anodo immerso nell’e<strong>le</strong>ttrolita. Nel nostro<br />
caso specifico, poiché la soluzione contiene sia i cationi Co<br />
che quelli Cu, se<strong>le</strong>zionando il potenzia<strong>le</strong> di riduzione di un e<strong>le</strong>mento<br />
o dell’altro, è possibi<strong>le</strong> depositare film di Co e di Cu alternati<br />
su un catodo posto all’estremità più lontana dei nanopori. La<br />
composizione della soluzione deve essere dimensionata in modo<br />
ta<strong>le</strong> che il sa<strong>le</strong> dell’e<strong>le</strong>mento più nobi<strong>le</strong>, il Cu, sia molto più diluito<br />
del secondo <strong>per</strong> garantire la deposizione di strati di cobalto di e<strong>le</strong>vata<br />
purezza. Lo spessore dei singoli strati è determinato dalla durata<br />
dei corrispondenti cicli di deposizione. La figura 5 illustra<br />
un’immagine al microscopio e<strong>le</strong>ttronico in trasmissione di un nanowire<br />
Co/Cu di 20nm di <strong>per</strong>iodo.<br />
Figura 5. Co/Cu Nanowire – Immagini TEM.<br />
La validità della tecnica è corroborata dall’effetto GMR misurato<br />
nei nanowire di 80nm di diametro e di <strong>per</strong>iodo pari a circa 5nm<br />
fabbricati al CRF. Il valore di GMR misurato in questo sistema è<br />
pari a circa il 15% a tem<strong>per</strong>atura ambiente; la figura 6 riporta la<br />
R I C E R C A & S V I L U P P O<br />
risposta magneto-e<strong>le</strong>ttrica di una matrice di nanowire di queste<br />
caratteristiche.<br />
Figura 6. Risposta magneto-e<strong>le</strong>ttrica di una matrice di nanowire Cu/Co di<br />
80nm di diametro e circa 5nm di <strong>per</strong>iodo.<br />
Dal<strong>le</strong> nanotecnologie al prodotto fina<strong>le</strong> qualificato<br />
automotive<br />
Gli avanzamenti del<strong>le</strong> nanotecnologie consentono oggi di pensare<br />
a come orientarne gli sviluppi in vista del prodotto fina<strong>le</strong>; se in<br />
molte aree <strong>le</strong> nanotecnologie sono ancora in uno stato embriona<strong>le</strong>,<br />
in alcuni altri e già possibi<strong>le</strong> ipotizzare un avanzamento di sviluppo<br />
precompetitivo. In questo senso, il <strong>Centro</strong> Ricerche Fiat sta<br />
sviluppando competenze e proprietà intel<strong>le</strong>ttua<strong>le</strong> nella fabbricazione<br />
di microsistemi <strong>per</strong> applicazioni automotive, fra i quali: sensori<br />
di posizione, pressione, tem<strong>per</strong>atura, torsione, stress, giroscopi<br />
ed acce<strong>le</strong>rometri, dall’e<strong>le</strong>mento sensibi<strong>le</strong> al packaging fina<strong>le</strong>.<br />
Quando si parla di sviluppo prodotto, il packaging, a tutti i suoi<br />
livelli, è una fase prob<strong>le</strong>matica del processo di produzione ma è<br />
anche quella dal più ampio margine di profitto, <strong>per</strong> ambo <strong>le</strong> ragioni,<br />
esso gode di considerazione notevo<strong>le</strong>. Per molte del<strong>le</strong> applicazioni<br />
di sensoristica automotive, ed in particolare quel<strong>le</strong> <strong>le</strong>gate<br />
al motore a cui il lavoro presentato fa riferimento, l’e<strong>le</strong>mento<br />
che maggiormente complica la fabbricazione, è rappresentato<br />
dal<strong>le</strong> condizioni assai ardue in cui il dispositivo deve o<strong>per</strong>are, in<br />
particolare dovute al<strong>le</strong> vibrazioni meccaniche, ai gradienti di tem<strong>per</strong>atura<br />
e di pressione, al<strong>le</strong> ampie escursioni dinamiche di funzionamento.<br />
Il progetto di un microsistema qualificabi<strong>le</strong> automotive<br />
deve essere pensato a partire dal ‘cuore’ del dispositivo che è<br />
l’e<strong>le</strong>mento sensibi<strong>le</strong> e dalla definizione dei materiali, considerando<br />
l’integrazione di detto e<strong>le</strong>mento con l’e<strong>le</strong>ttronica di alimentazione,<br />
di condizionamento del segna<strong>le</strong> e di trasmissione dei<br />
dati. Nella scelta dei materiali, particolare attenzione va rivolta al<strong>le</strong><br />
criticità del luogo di alloggiamento del microsistema stesso a<br />
bordo veicolo. Un microsistema così concepito non è re<strong>per</strong>ibi<strong>le</strong><br />
sul mercato a costi limitati e, <strong>per</strong> alcune applicazioni specifiche, i<br />
maggiori produttori non presentano soluzione. I laboratori di micro-<br />
e nanotecnologie del CRF sono attrezzati <strong>per</strong> la fabbricazio-<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
5<br />
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6<br />
ne di microsistemi, dalla ricerca fondamenta<strong>le</strong>, relativa all’e<strong>le</strong>mento<br />
sensibi<strong>le</strong>, alla ‘validazione’ del prototipo fina<strong>le</strong>. Negli ultimi<br />
anni sono state attivate collaborazioni sinergiche fra il dipartimento<br />
Micro e <strong>Nanotecnologie</strong> e <strong>le</strong> direzioni tecniche del CRF depositarie<br />
del<strong>le</strong> applicazioni finali, che consentono al<strong>le</strong> ‘tecnologie’<br />
di lavorare al servizio dell’applicazione e allo stesso tempo di accedere,<br />
su binari di comprensione privi<strong>le</strong>giati, ai requisiti prestazionali<br />
e al<strong>le</strong> criticità della stessa.<br />
Riferimenti<br />
1. Leung et al, Nanotechnology 15 (2004) 786–789.<br />
2. A. Fert, L. Piraux, J. Magn. Magn. Mater. 200 (1999) 338.<br />
3. D. Pullini et al, Artic<strong>le</strong> accepted for publication J. Magn. Magn. Mater.<br />
Contatti<br />
Danie<strong>le</strong> Pullini<br />
CENTRO RICERCHE FIAT - Dipartimento di Micro e <strong>Nanotecnologie</strong><br />
S. Torino 50, 10043, Orbassano (To)<br />
danie<strong>le</strong>.pullini@crf.it<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT
Materiali metallici massivi<br />
nanostrutturati tramite intense<br />
deformazioni plastiche<br />
Ilaria Salvatori,<br />
<strong>Centro</strong> Sviluppo Materiali - Roma<br />
Introduzione<br />
Negli ultimi anni, i materiali metallici massivi nanostrutturati sono<br />
stati oggetto di intensa ricerca scientifica a causa del<strong>le</strong> loro promettenti<br />
proprietà, quali un’ altissima resistenza meccanica, migliore<br />
tenacità e una migliore resistenza a fatica.<br />
Queste proprietà rendono i materiali metallici nanostrutturati attraenti<br />
<strong>per</strong> molte applicazioni come ad esempio in campo aerospazia<strong>le</strong><br />
ed in genera<strong>le</strong> nel settore dei trasporti, in cui il rapporto<br />
tra la resistenza meccanica ed il peso è una proprietà critica.<br />
La fabbricazione di materiali metallici massivi nanostrutturati,<br />
cioè metalli o <strong>le</strong>ghe la cui microstruttura presenta una dimensione<br />
media dei grani di alcune centinaia di nanometri, richiede<br />
deformazioni plastiche molto intense da effettuarsi a tem<strong>per</strong>ature<br />
relativamente basse.<br />
I metodi tradizionali, quali la laminazione, la forgiatura, lo stampaggio<br />
o l’estrusione non riescono a soddisfare questi requisiti<br />
senza provocare il danneggiamento del campione dovuto alla<br />
formazione di cricche.<br />
Molti sono stati i tentativi di produrre materiali metallici massivi<br />
nanostrutturati quali ad esempio la condensazione da gas inerte,<br />
alligazione meccanica ad alta energia, deposizione galvanica, ecc.<br />
Tuttavia, questi metodi, cosiddetti bottom-up, non possono produrre<br />
campioni di dimensioni su<strong>per</strong>iori a qualche millimetro. Inoltre,<br />
un certo numero di difficoltà quali la porosità residua, la presenza<br />
di impurità, l’ esposizione a nanopolveri <strong>per</strong>icolose, e difficoltà<br />
di fabbricazione su scala industria<strong>le</strong> ha impedito a queste<br />
tecniche di svilupparsi ulteriormente.<br />
Negli ultimi anni, tuttavia, tecniche di tipo top-down denominate<br />
“severe deformazioni plastiche” (Severe Plastic Deformation,SPD)<br />
sono emerse prepotentemente all’attenzione del mondo scientifico<br />
a causa della loro capacità di trasformare direttamente metalli<br />
o <strong>le</strong>ghe metalliche convenzionali in materiali massivi nanostrutturati<br />
[1].<br />
L’impartizione di altissime deformazioni plastiche effettuate a<br />
tem<strong>per</strong>ature relativamente basse (<strong>le</strong> tem<strong>per</strong>ature dipendono dal<br />
materia<strong>le</strong> e generalmente variano tra la tem<strong>per</strong>atura ambiente fino<br />
a 500°C) comporta la formazione di una vasta rete di dislocazioni<br />
che danno origine dapprima ad una struttura con bordi grano<br />
a basso angolo, <strong>per</strong> poi, tramite l’attivazione di meccanismi<br />
non convenzionali quali la ricristallizzazione continua e la ricristallizzazione<br />
geometrica, trasformarsi in una struttura omogenea<br />
con bordi grano ad alto angolo.<br />
Caratteristiche peculiari del<strong>le</strong> tecniche SPD sono:<br />
a) la quantità di deformazione impartita durante ogni ciclo SPD è<br />
costante ed è necessario ripetere la procedura fino al raggiun-<br />
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gimento della deformazione voluta<br />
b) durante il processo di trasformazione da materia<strong>le</strong> convenziona<strong>le</strong><br />
a nanostrutturato la forma origina<strong>le</strong> del campione viene<br />
conservata.<br />
Metodi spd <strong>per</strong> la produzione di materiali massivi<br />
nanostrutturati<br />
Negli ultimi anni molte di tecniche di severa deformazione plastica<br />
sono state proposte e s<strong>per</strong>imentate. Anche se tutte hanno <strong>per</strong>messo<br />
di produrre metalli, <strong>le</strong>ghe, ed intermetallici nanostrutturati,<br />
alcune difficoltà tecnologiche finora hanno impedito il passaggio<br />
da strumentazioni di laboratorio ad impianti pilota.<br />
La tecnica che in assoluto <strong>per</strong>mette di imprimere maggiori deformazioni<br />
è l’High Pressure Torsion (HPT) mostrato in Fig. 1. L’HPT si<br />
basa sulla ripetizione della deformazione in torsione di dischi di<br />
diametro 10-20mm fino a 1 mm di spessore, su cui viene applicata<br />
una pressione esterna. Questa tecnica è molto efficace e viene<br />
utilizzata principalmente <strong>per</strong> lo studio dei meccanismi di nanostrutturazione,<br />
in quanto la dimensione dei campioni è molto limitata.<br />
I metodi più comunemente utilizzati e promettenti dal punto di<br />
vista dell’applicazione industria<strong>le</strong> sono l’Equal Channel Angular<br />
pressing (ECAP) e l’Accumulative Roll Bonding (ARB) che sono descritti<br />
in seguito:<br />
Equal Channel Angular Pressing (ECAP)<br />
Durante l’ECAP una bil<strong>le</strong>tta di almeno di 70 millimetri di lunghezza<br />
(attualmente sono stati eseguiti prove fino a 60 mm di diametro),<br />
viene ripetutamente costretta a passare attraverso due canali<br />
di ugua<strong>le</strong> sezione che si intersecano (Fig. 2). In questo modo viene<br />
imposta al campione una intensa deformazione in breve tempo.<br />
Ta<strong>le</strong> processo può essere ripetuto più volte anche ruotando la<br />
bil<strong>le</strong>tta intorno al suo asse longitudina<strong>le</strong> di 90° o 180° <strong>per</strong> cambiare<br />
i sistemi di scorrimento attivati. La successione del<strong>le</strong> rotazioni<br />
insieme al numero di passaggi, determinano <strong>le</strong> caratteristiche<br />
della microstruttura fina<strong>le</strong> [1,2].<br />
L’angolo di intersezione del<strong>le</strong> due scanalature è solitamente 90°<br />
ma valori piu’ alti, come ad esempio 120°, possono essere scelti<br />
<strong>per</strong> ridurre il carico o diminuire la tem<strong>per</strong>atura di processo.<br />
Tramite questa tecnica è stato possibi<strong>le</strong> ottenere dimensioni dei<br />
grani fino a circa 50-100 nm migliorando drasticamente la resistenza<br />
meccanica e la tenacità dei materiali.<br />
Accumulative Roll Bonding<br />
Un metodo <strong>per</strong> imporre intense deformazioni plastiche su prodotti<br />
piani è l’Accumulative Roll Bonding (ARB) (Fig. 3), dove due<br />
fogli di materia<strong>le</strong> vengono sovrapposti e laminati al 50% di deformazione.<br />
L’Accumulative Roll Bonding [3] consiste nella ripetizione di tali laminazioni<br />
al fine di ottenere un prodotto fina<strong>le</strong> dello stesso spessore<br />
di partenza ma costituito da vari strati sovrapposti colaminati.<br />
I laminati costituenti il campione formano un blocco unico (sing<strong>le</strong><br />
body) grazie alla interdiffusione metallica avvenuta durante la<br />
deformazione.<br />
La dimensione di questi fogli dipende soltanto dalla potenza e<br />
dal<strong>le</strong> dimensioni del laminatoio.<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
7<br />
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8<br />
Tramite questa tecnica è stato possibi<strong>le</strong> ottenere dimensioni dei<br />
grani fino a circa 80 nm <strong>per</strong> una <strong>le</strong>ga 5083 Al(Al-4.5Mg-0.5Mn)<br />
[4] con 7 cicli di ARB a tem<strong>per</strong>atura ambiente.<br />
Altre tecniche di severa deformazione plastica di interesse industria<strong>le</strong><br />
recentemente proposte sono il CEC (Cyclic Extrusion-Compression)<br />
[5] il TE (Twist Extrusion) <strong>per</strong> la fabbricazione di fili o bil<strong>le</strong>tte<br />
ed il CCSS (Continuous Confined Strip Shearing) una versione<br />
dell’ ECAP <strong>per</strong> laminati piani [6].<br />
Indubbiamente ancora molto lavoro deve essere fatto <strong>per</strong> mettere<br />
a punto questi metodi migliorandone l’efficienza e su<strong>per</strong>ando<br />
alcuni svantaggi tecnici in modo da rendere la tecnologia SPD disponibi<strong>le</strong><br />
<strong>per</strong> l’industria.<br />
Proprietà dei materiali metallici massivi nanostrutturati<br />
I materiali metallici nanostrutturati presentano proprietà fisiche e<br />
meccaniche su<strong>per</strong>iori se confrontate con quel<strong>le</strong> dei materiali metallici<br />
convenzionali.<br />
Ad esempio i materiali metallici nanostrutturati possono presentare<br />
proprietà fisiche di alto interesse scientifico quali variazioni<br />
della tem<strong>per</strong>atura di Debye e della tem<strong>per</strong>atura di Curie, di proprietà<br />
ottiche e talvolta <strong>per</strong>sino dei moduli elastici, anomalie nell’attrito<br />
interno, ecc.<br />
Altre caratteristiche quali la magnetizzazione di saturazione e l’isteresi<br />
magnetica, l’aumento del<strong>le</strong> cinetiche di diffusione, il miglior<br />
comportamento a corrosione, il comportamento su<strong>per</strong>plastico<br />
a bassa tem<strong>per</strong>atura o ad alta velocità di deformazione, la<br />
migliore risposta al ciclaggio a fatica, la possibilità di formazione<br />
di una soluzione soprasatura e metastabi<strong>le</strong> negli acciai ad alto tenore<br />
di carbonio e ultimo, ma probabilmente il più importante,<br />
l’alta resistenza meccanica, fanno dei materiali metallici nanostrutturati<br />
un grande campo di interesse <strong>per</strong> applicazioni pratiche.<br />
Generalmente l’aumento di resistenza meccanica dovuta alla diminuzione<br />
della dimensione dei grani del materia<strong>le</strong> (<strong>le</strong>gge di Hall<br />
Petch) è accompagnato da una <strong>per</strong>dita di duttilità.<br />
E’ stato segnalato recentemente in <strong>le</strong>tteratura che materiali nanostrutturati<br />
tramite SPD presentano invece anomali valori della<br />
duttilità: ad esempio il Cu puro dopo 16 passaggi di ECAP rivela<br />
un’altissima resistenza meccanica con duttilità molto più alta rispetto<br />
a quello del rame con dimensione di grani convenzionali<br />
[7]. Oppure nel caso di Ti puro dopo 5 rotazioni di HPT è stato osservato<br />
un aumento molto forte della resistenza meccanica e soltanto<br />
una <strong>le</strong>ggera diminuzione della duttilità. Questo comportamento<br />
meccanico particolare ora è denominato “paradosso” dei<br />
materiali SPD e non è stato ancora spiegato.<br />
Applicazioni di materiali metallici nanostrutturati prodotti<br />
da severe deformazioni plastiche<br />
Le particolari proprietà dei materiali metallici nanostrutturati tramite<br />
SPD suggeriscono il loro utilizzo nell’industria aerospazia<strong>le</strong><br />
ed automobilistica, oppure come utensili <strong>per</strong> lavorazioni meccaniche.<br />
Leghe a base ferro nanostrutturate possono essere utilizzate<br />
come magneti <strong>per</strong> computer hardware, generatori, motori e<strong>le</strong>ttrici,<br />
trasformatori, sistemi meccatronici, MEMS ecc.<br />
Leghe metalliche a base ferro, alluminio oppure magnesio utilizzati<br />
come materiali strutturali consentono la diminuzione del pe-<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
so del<strong>le</strong> strutture e quindi minor consumo di combustibi<strong>le</strong> <strong>per</strong> automobili<br />
e velivoli. L’industria aerospazia<strong>le</strong> inoltre potrebbe usufruire<br />
di materiali con più alta resistenza a fatica di quelli convenzionali.<br />
L’alta formabilità dovuta al comportamento su<strong>per</strong>plastico dei materiali<br />
SPD può acce<strong>le</strong>rare i processi di produzione dei prodotti imbutiti<br />
(bottiglie, vasi) di <strong>le</strong>ghe di Al e Mg di almeno un fattore 10<br />
con relativo taglio dei costi di lavorazione.<br />
Titanio puro così come <strong>le</strong> <strong>le</strong>ghe di titanio ad alta resistenza avranno<br />
un grosso impatto sul<strong>le</strong> applicazioni bio-mediche. L’uso del titanio<br />
puro nanostrutturato è molto promettente <strong>per</strong> la sua grande<br />
biocompatibilità se confrontato a quella del<strong>le</strong> <strong>le</strong>ghe mediche<br />
tradizionalmente usate. L’applicazione di protesi, impianti e<br />
stents (protesi endovascolari) fatti di materia<strong>le</strong> nanostrutturato<br />
sarà di fondamenta<strong>le</strong> importanza <strong>per</strong> ridurre l’esigenza di ulteriori<br />
interventi chirurgici[8].<br />
Leghe di magnesio nanostrutturate possono essere di fondamenta<strong>le</strong><br />
importanza nello sviluppo dell’idrogeno come combustibi<strong>le</strong><br />
automobilistico alternativo poiché possono contribuire alla risoluzione<br />
del prob<strong>le</strong>ma dell’immagazzinamento dell’idrogeno stesso.<br />
Le difficoltà principali che ostacolano la realizzazione di una tecnologia<br />
di immagazzinamento sicuro ed a basso costo dell’idrogeno<br />
sono <strong>le</strong>gate a loro volta (i) al<strong>le</strong> sue basse cinetiche di assorbimento<br />
e desorbimento e (ii) all’alta tem<strong>per</strong>atura di desorbimento.<br />
Il magnesio puro nanocristallino, con alta densità di bordo<br />
grano, può determinare un aumento del<strong>le</strong> cinetiche di assorbimento<br />
e desorbimento. Primi esami sul magnesio nanostrutturato<br />
tramite ECAP hanno confermato questo comportamento [9].<br />
Conclusioni<br />
Le tecniche SPD sono capaci di produrre materiali metallici massivi<br />
nanostrutturati che presentino non solo un’alta resistenza meccanica<br />
ma anche:<br />
• E<strong>le</strong>vata duttilità<br />
• Proprietà su<strong>per</strong>plastiche<br />
• E<strong>le</strong>vata tenacità<br />
• E<strong>le</strong>vata resistenza a fatica<br />
• Diffusione di idrogeno migliorata<br />
suggerendo interessanti applicazioni nell’industria aerospazia<strong>le</strong>,<br />
nei trasporti, nella formatura, in campo medico e nella produzione<br />
di magneti.<br />
Fig. 1 – High Pressure Torsion (HPT)
Fig. 2 - Equal Channel Angular Pressing (ECAP)<br />
Fig. 3 - Accumulative Roll Bonding (ARB)<br />
R I C E R C A & S V I L U P P O<br />
Bibliografia<br />
[1] R.Z.Valiev, I.V.Islamgaliev, I.V.A<strong>le</strong>xandrov, Progr. Mater. Sci. 45, 103-189,<br />
2000.<br />
[2] M.Zehetbauer & R.Z.Valiev, “Nanomaterials by Severe Plastic<br />
Deformation”,Proc.”NANOSPD2”, Dec. 9-13 (2002), Wien, Austria,<br />
Wi<strong>le</strong>y VCH, Weinheim, Germany, 2004.<br />
[3] N.Tsuji, Y.Saito, S.H.Lee, Y.Minamino, Adv. Eng. Mater. 5, 5, 338-344,<br />
2003.<br />
[4] N.Tsuji, Y.Saito, S.H.Lee, Y.Minamino, Proc.”NANOSPD2”, Dec. 9-13<br />
(2002), Wien, Austria, Wi<strong>le</strong>y VCH, Weinheim, Germany, 2004.<br />
[5] J.Richert, M.Richert, Aluminium, 62, 604-607, 1986.<br />
[6] J.C.Lee, H.K.Seok, J.Y.Shu, Acta Mater., 50, 4005- 4019, 2002.<br />
[7] R.Z. Valiev, I.V. A<strong>le</strong>xandrov, Y.T. Zhu, T.C. Lowe, J.Mater. Res., 17, 1 , 5-<br />
8, 2002.<br />
[8] L.Zeip<strong>per</strong>, M.Zehetbauer, B.Ming<strong>le</strong>r, E.Schaf<strong>le</strong>r, G.Korb, H.P.Karntha<strong>le</strong>r,<br />
p. 810-816, in [3].<br />
[9] M.Skipnyuk, E.Rabkin, Y.Estrin, R.Lapovok, Acta Mater., 52, 405-414,<br />
2004.<br />
Contatti<br />
Dr. Ilaria Salvatori<br />
<strong>Centro</strong> Sviluppo Materiali S.p.A.<br />
Via di Castel Romano 100, Roma<br />
e-mail: i.salvatori@c-s-m.it<br />
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9<br />
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10<br />
Sensoristica a base micro e nano<br />
oscillatori meccanici (canti<strong>le</strong>ver)<br />
C. Ricciardi, S. Bianco, G. Canavese, E. Celasco, G. Cicero, M. Cocuzza,<br />
E. Descrovi, S. Fiorilli, E. Giuri, S. Marasso, M. Quaglio, P. Rivolo, A.<br />
Ricci, F. Pirri.<br />
Laboratorio Materiali e Microsistemi (Chilab) - Unità LATEMAR Politecnico di<br />
Torino<br />
L. Napione, F. Bussolino<br />
Dipartimento di Scienze Oncologiche e Istituto <strong>per</strong> la Cura e la Ricerca sul<br />
Cancro. Università di Torino<br />
D. Bich, A. Merialdo, P. Schina<br />
Unità LATEMAR Olivetti I-JET, Arnad (AO)<br />
R. Correa<strong>le</strong><br />
Varian S.p.A, Leinì (TO)<br />
Introduzione<br />
I recenti progressi scientifici e tecnologici nel campo del<strong>le</strong> micro e<br />
nano tecnologie hanno prodotto un crescente interesse verso<br />
l’applicazione di strutture micromeccaniche (canti<strong>le</strong>ver, bridge e<br />
membrane) in quei numerosi settori applicativi in cui prestazioni<br />
di eccel<strong>le</strong>nza, sensibilità su<strong>per</strong>iori e ridotto ingombro rappresentano<br />
<strong>le</strong> specifiche di riferimento: sensori termici, di pressione o di<br />
acce<strong>le</strong>razione, sensori <strong>per</strong> il monitoraggio ambienta<strong>le</strong> o l’ analisi<br />
biochimica, sensori <strong>per</strong> la caratterizzazione su<strong>per</strong>ficia<strong>le</strong> (solo <strong>per</strong><br />
citarne alcuni). La struttura a canti<strong>le</strong>ver (cioè una sottilissima trave<br />
vincolata ad un’estremità con lunghezza circa pari ad alcuni multipli<br />
della larghezza), in modo particolare, si è dimostrata in assoluto<br />
la più studiata grazie alla sua versatilità, all’ampio ventaglio<br />
di settori applicativi e di tecnologie realizzative.<br />
I maggiori volani <strong>per</strong> queste tecnologie sono indubbiamente rappresentati<br />
dal<strong>le</strong> applicazioni nel campo della sensoristica industria<strong>le</strong><br />
e nel campo del<strong>le</strong> biotecnologie (genomica, proteomica e<br />
analisi cellulare).<br />
In riferimento al primo settore, in questo contributo descriveremo<br />
lo sviluppo di microcanti<strong>le</strong>ver risonanti in grado di effettuare misure<br />
di pressione assoluta da valori ambiente fino ad un vuoto di<br />
circa 10 -3 mbar. La soluzione, sviluppata insieme al<strong>le</strong> aziende Varian<br />
e Olivetti I-JET, risulta estremamente interessante sia <strong>per</strong> il<br />
range di pressioni che copre, sia <strong>per</strong> la possibilità di effettuare misure<br />
minimamente invasive in siti non facilmente raggiungibili<br />
con mezzi tradizionali, consolidando un notevo<strong>le</strong> incremento di<br />
valore aggiunto alla strumentazione che se ne doterà.<br />
Il contributo di innovazione apportabi<strong>le</strong> al settore della biologia e<br />
della diagnostica genomica e proteomica è ancor più dirompente.<br />
Infatti, lo sviluppo di dispositivi avanzati basati su micro e nano<br />
canti<strong>le</strong>ver potrebbe aprire nuovi orizzonti in campi fondamentali<br />
come la genomica, la proteomica, l’analisi mo<strong>le</strong>colare finalizzata<br />
alla diagnostica e all’industria agro-alimentare, consentendo di<br />
introdurre un miglioramento significativo rispetto al<strong>le</strong> tecnologie<br />
esistenti in termini di sensibilità, riduzioni dei costi, velocità, pre-<br />
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disposizione all’automazione, affidabilità e ripetibilità. In questo<br />
caso i canti<strong>le</strong>ver fungono da sensibilissime micro/nano bilance in<br />
grado, se opportunamente funzionalizzate, di rivelare e quantificare<br />
<strong>le</strong> biomo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> di interesse (DNA, PNA, proteine, ecc..).<br />
Fabbricazione di micro/nano canti<strong>le</strong>ver<br />
Per ottenere strutture a canti<strong>le</strong>ver, partiamo da wafer SOI (Silicon<br />
On Insulator) come substrati e utilizziamo due diversi processi di<br />
fabbricazione: bulk e surface micromachining.<br />
Il primo (Fig. 1a) è composto essenzialmente da due parti: la prima<br />
in cui si realizza la membrana formata da uno strato di silicio<br />
(device layer) ed uno sottostante (etch stop) di ossido di silicio<br />
(Fig.1a step I, II, III) e la seconda in cui si definisce e realizza il canti<strong>le</strong>ver<br />
sulla membrana (Fig.1a step IV, V, VI, VII). Caratteristica essenzia<strong>le</strong><br />
di questo approccio è la possibilità di ottenere dei canti<strong>le</strong>ver<br />
a sbalzo su tutto lo spessore del wafer (Fig.1a step VII latera<strong>le</strong>).<br />
Il processo inizia con la definizione della finestra sullo strato di ossido<br />
di silicio termico presente sul retro del substrato attraverso<br />
una fotolitografia ottica (Fig.1a step I) e successivo attacco se<strong>le</strong>ttivo<br />
dell’ossido non co<strong>per</strong>to dal photoresist (Fig.1a step II) in soluzione<br />
BOE (Buffered Oxide Etch). Con questo passo si definisce la<br />
maschera dura (in ossido di silicio termico) che <strong>per</strong>mette di trasferire<br />
e mantenere <strong>le</strong> geometrie realizzate con la litografia durante<br />
il successivo attacco in soluzione di KOH. L’attacco anisotropo in<br />
soluzione KOH 20% in peso a 90°C <strong>per</strong>mette, in poco più di due<br />
ore, di asportare il silicio non protetto dall’ossido secondo dei piani<br />
inclinati rispetto alla su<strong>per</strong>ficie del wafer di 54.7°. Il suddetto<br />
attacco è limitato dallo strato di ossido sepolto (etch stop), raggiunto<br />
il qua<strong>le</strong> si esaurisce l’attacco e si ottiene una membrana bilayer<br />
(Fig.1a step III).<br />
La seconda parte del processo comprende i passi necessari <strong>per</strong> la<br />
definizione del canti<strong>le</strong>ver sulla membrana, quindi i processi realizzati<br />
sul device layer del substrato SOI. Dopo aver opportunamente<br />
pulito e preparato la su<strong>per</strong>ficie della membrana si definisce<br />
la geometria del canti<strong>le</strong>ver tramite litografia ottica(Fig.1a step<br />
IV).. Lo step successivo consente attraverso un attacco in RIE<br />
(Reactive Ion Etching), di scavare l’area di silicio lasciata sco<strong>per</strong>ta<br />
dal photoresist e di realizzare quindi <strong>le</strong> strutture opportunamente<br />
definite dal<strong>le</strong> maschere litografiche(Fig.1a step V). Per liberare<br />
comp<strong>le</strong>tamente il canti<strong>le</strong>ver dallo strato sacrifica<strong>le</strong> di ossido sottostante<br />
(etch stop) si apporta un attacco in una soluzione BOE<br />
(Fig.1a step VI). Infine si provvede a rimuovere dalla su<strong>per</strong>ficie il<br />
photoresist residuo ed eventuali altri contaminanti attraverso un<br />
bagno in acetone ed uno in piranha (Fig.1a step VII).
Fig. 1a Fig. 1b<br />
Fig. 1 Flussi di processo <strong>per</strong> la fabbricazione di canti<strong>le</strong>ver (dimensioni non in<br />
scala). Vedere il testo <strong>per</strong> ulteriori informazioni.<br />
Le geometrie ottenute con questo processo sono determinate dai<br />
limiti fisici della litografia ottica e dalla difficoltà di allineare maschere<br />
sul front e sul back del wafer. Di conseguenza i microcanti<strong>le</strong>ver<br />
ottenuti hanno lunghezza variabi<strong>le</strong> tra 100 e 800 µm e larghezza<br />
tra 20 e 100 µm (lo spessore è fissato a 2 µm, essendo<br />
vincolato al tipo di wafer SOI acquistato).<br />
Per ridurre ulteriormente <strong>le</strong> dimensioni dei canti<strong>le</strong>ver (aumentando<br />
quindi la sensibilità del sensore fina<strong>le</strong>), abbiamo sviluppato in<br />
paral<strong>le</strong>lo un processo di surface micromachining (Fig1b), utiliz-<br />
R I C E R C A & S V I L U P P O<br />
zando la litografia a fascio e<strong>le</strong>ttronico, EBL. La tecnica EBL sfrutta<br />
il fascio di e<strong>le</strong>ttroni generato da un SEM modificato <strong>per</strong> impressionare<br />
un resist polimerico (PMMA) precedentemente spinnato<br />
sul wafer SOI. Dopo l’esposizione della geometria a nanocanti<strong>le</strong>ver<br />
su PMMA si effettua lo sviluppo in una soluzione di MIBK:IPA<br />
(Fig.1b step I). Successivamente viene depositato <strong>per</strong> E<strong>le</strong>ctron<br />
Beam Evaporation un sotti<strong>le</strong> strato di Alluminio, con spessore variabi<strong>le</strong><br />
tra 30 e 100 nm, pur rispettando il rapporto 1:4 metalloresist<br />
(Fig.1b step II). Immergendo quindi il campione in acetone,<br />
il polimero viene sciolto, causando il sol<strong>le</strong>vamento (lift-off) del solo<br />
metallo sovrastante. Si ottiene così una su<strong>per</strong>ficie del silicio del<br />
device layer libera di essere scavata dall’attacco RIE eccetto <strong>per</strong><br />
quel<strong>le</strong> zone in cui vi è la maschera di metallo residua, opportunamente<br />
definita dalla litografia EBL (Fig.1b step III). Con l’attacco<br />
RIE (Fig.1b step IV) si asporta il silicio fino al raggiungimento dello<br />
strato sepolto di ossido di silicio (che si comporta da etch stop <strong>per</strong><br />
la ricetta utilizzata). Successivamente si immerge la struttura in<br />
soluzione BOE <strong>per</strong> un tempo necessario affinché l’attacco isotropo<br />
liberi il canti<strong>le</strong>ver di silicio dal sottostante strato di ossido di silicio<br />
(Fig.1b step V). Infine con l’opportuna soluzione E6 (77vol<br />
fosforico 85%, 1 vol nitrico 77%, 10vol acetico 30%, acqua) si<br />
asporta la maschera metallica di alluminio dalla su<strong>per</strong>ficie del<br />
canti<strong>le</strong>ver (Fig.1b step VI). In questo caso, a differenza del bulk<br />
micromachining, i canti<strong>le</strong>ver non sono affacciatio su un buco passante,<br />
ma “sospesi” su un gap corrispondente allo spessore dell’ossido<br />
di silicio precedentemente asportato (Fig.1b step VI latera<strong>le</strong>).<br />
Grazie a questa tecnica è possibi<strong>le</strong> diminuire drasticamente<br />
<strong>le</strong> geometrie, ottenendo canti<strong>le</strong>ver con dimensioni laterali di<br />
qualche centinaio di nanometro (e altre dimensioni in proporzione).<br />
Sensori di Pressione<br />
I microcanti<strong>le</strong>ver trovano un’interessante applicazione nella misura<br />
della pressione, dal<strong>le</strong> condizioni di pressione ambiente fino al<br />
regime di alto vuoto.<br />
Come detto precedentemente, un canti<strong>le</strong>ver è sostanzialmente<br />
un trampolino sospeso, fissato ad una estremità, di dimensioni<br />
micrometriche. Questa struttura, posta in vibrazione, si comporta<br />
come un oscillatore armonico e presenta, in funzione della frequenza<br />
di sol<strong>le</strong>citazione, una curva caratteristica (tipicamente<br />
una gaussiana) piccata intorno al valore della frequenza di risonanza.<br />
Ogni oscillatore ha una frequenza di risonanza propria,<br />
che <strong>per</strong>ò dipende non solo dal materia<strong>le</strong> di cui è costituito e dal<strong>le</strong><br />
sue dimensioni geometriche (lunghezza, larghezza e spessore),<br />
ma anche dalla pressione dell’ambiente in cui avviene la vibrazione.<br />
Monitorando la variazione della frequenza di risonanza è possibi<strong>le</strong><br />
ottenere una misura del valore della pressione, realizzando<br />
così un sensore a basso costo e a bassissimo ingombro, in grado<br />
di sostituire gli attuali strumenti di misura (rivelatori a ionizzazione<br />
o capacitivi), più comp<strong>le</strong>ssi e costosi.<br />
Lo studio s<strong>per</strong>imenta<strong>le</strong> è stato svolto all’interno di una cella a<br />
pressione controllata, col<strong>le</strong>gata ad un sistema di pompaggio costituito<br />
da due pompe (una pompa a membrana ed una pompa<br />
turbomo<strong>le</strong>colare) in cascata, in grado di portare il vuoto fino ad<br />
un valore massimo di 10 -6 mbar. La pressione all’interno della camera<br />
è stata regolata attraverso l’uso di una valvola a spillo cali-<br />
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brata ed è stata misurata attraverso due sensori capacitivi ad alta<br />
precisione. Il microcanti<strong>le</strong>ver è stato posto in vibrazione utilizzando<br />
un attuatore meccanico, costituito da un cristallo piezoe<strong>le</strong>ttrico<br />
in grado di vibrare a frequenza variabi<strong>le</strong> sotto l’azione di una<br />
tensione alternata. Il sistema di rivelazione è basato invece sul<br />
principio della <strong>le</strong>va ottica: un laser a bassa potenza viene focalizzato<br />
sulla su<strong>per</strong>ficie del canti<strong>le</strong>ver, che rif<strong>le</strong>tte il fascio verso un<br />
photodetector posiziona<strong>le</strong> (PSD). Questo rivelatore di luce, analogo<br />
a quelli presenti nei microscopi AFM, è diviso in due quadranti<br />
i quali, grazie ad una valutazione differenzia<strong>le</strong>, sono in grado di<br />
ri<strong>le</strong>vare il movimento della luce incidente e di trasformarlo, attraverso<br />
un’opportuna e<strong>le</strong>ttronica di controllo, in un segna<strong>le</strong> e<strong>le</strong>ttrico.<br />
E’ opportuno distinguere, a seconda della pressione, tre diversi<br />
comportamenti. Per valori di vuoto non troppo e<strong>le</strong>vati (dalla pressione<br />
ambiente fino a circa 1 mbar) l’aria può essere considerata<br />
un fluido viscoso ed il moto di una microtrave all’interno di questo<br />
fluido può essere valutato attraverso <strong>le</strong> <strong>le</strong>ggi della fluidodinamica;<br />
<strong>per</strong> questo motivo questo range di pressione viene definito<br />
regime viscoso. Per pressioni al di sotto di 1 mbar, fino a circa 10 -5<br />
mbar l’aria è invece troppo rarefatta, <strong>le</strong> interazioni tra <strong>le</strong> mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong><br />
sono molto rare e <strong>per</strong> trattare il prob<strong>le</strong>ma si ricorre alla teoria cinetica<br />
dei gas; parliamo in questo caso di regime mo<strong>le</strong>colare. Al<br />
di sotto di 10 -5 mbar si è in regime mo<strong>le</strong>colare spinto, o regime intrinseco.<br />
Fig. 2 Spettri di risonanza a diverse pressioni.<br />
Paral<strong>le</strong>lamente all’analisi s<strong>per</strong>imenta<strong>le</strong>, il prob<strong>le</strong>ma dell’analisi vibraziona<strong>le</strong><br />
è stato affrontato anche con l’utilizzo di software di simulazione<br />
che sfruttano il principio degli e<strong>le</strong>menti finiti (FEM). La<br />
simulazione ha <strong>per</strong>messo di ottimizzare sia il processo di fabbricazione<br />
che la scelta del<strong>le</strong> dimensioni più opportune <strong>per</strong> testare<br />
s<strong>per</strong>imentalmente il funzionamento. I risultati di seguito riportati<br />
si riferiscono a microcantilver di dimensioni 800x100x5 µm 3 .<br />
Le curve s<strong>per</strong>imentali riportate in Fig.2 mostrano chiaramente lo<br />
shift della frequenza di risonanza verso valori di frequenza crescente,<br />
<strong>per</strong> condizioni di vuoto in regime viscoso. In regime mo<strong>le</strong>colare,<br />
invece, la frequenza di risonanza non aumenta più, assestandosi<br />
sul valore della frequenza propria: si può chiaramente<br />
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notare, <strong>per</strong>ò, come <strong>le</strong> curve continuino progressivamente a restringersi.<br />
Il parametro che possiamo introdurre <strong>per</strong> tenere conto<br />
di questo fenomeno è il cosiddetto fattore di qualità Q, definito<br />
come il rapporto energetico tra l’energia immagazzinata e l’energia<br />
dissipata durante un <strong>per</strong>iodo di oscillazione. Il fattore di qualità<br />
può essere considerato un indicatore della bontà di un oscillatore<br />
(in analogia a quanto fatto <strong>per</strong> i circuiti e<strong>le</strong>ttronici risonanti).<br />
Si può dimostrare come il fattore di qualità si possa calcolare s<strong>per</strong>imentalmente<br />
come il rapporto tra il valore della frequenza di risonanza<br />
e la larghezza a metà altezza della curva di risonanza.<br />
Monitorando il Q dell’oscillatore, siamo in grado di ottenere,<br />
sempre in funzione della pressione di lavoro, un andamento monotono<br />
fino all’incirca alla pressione di 10 -3 mbar, come mostrato<br />
in Fig.3. Per pressioni al di sotto di 10 -3 mbar, il fattore di qualità<br />
raggiunge una saturazione, in quanto la variazione <strong>le</strong>gata al<strong>le</strong><br />
condizioni esterne trova un equilibrio con <strong>le</strong> dissipazioni interne<br />
dell’oscillatore.<br />
In conclusione, i microcanti<strong>le</strong>ver in vibrazione possono essere utilizzati<br />
come sensori di pressione o<strong>per</strong>anti su sei decadi (dalla pressione<br />
atmosferica, cioè circa 10 3 mbar, al valore di 10 -3 mbar); i<br />
parametri che variano in funzione dello smorzamento dell’aria sono<br />
la frequenza di risonanza (solamente in regime viscoso) ed il<br />
fattore di qualità (in tutto il range in analisi). La possibilità di monitorare<br />
questi parametri rende il canti<strong>le</strong>ver un promettente strumento<br />
<strong>per</strong> la realizzazione di sensori di pressione o<strong>per</strong>anti fino al<br />
regime dell’alto vuoto, in grado di coniugare precisione, bassi costi<br />
di realizzazione e dimensioni ridotte.<br />
Fig. 3 Confronto tra andamento s<strong>per</strong>imenta<strong>le</strong> (rombi) e teorico (linea continua)<br />
del fattore di qualità in funzione della pressione.<br />
Biosensori<br />
Lo sviluppo di dispositivi avanzati basati su micro e nano canti<strong>le</strong>ver<br />
<strong>per</strong> applicazioni in ambito genomico, proteomico e di analisi<br />
mo<strong>le</strong>colare implica una previa modifica su<strong>per</strong>ficia<strong>le</strong> di tali sistemi<br />
con opportune specie chimiche, che rappresentino siti reattivi in<br />
grado di <strong>le</strong>gare stabilmente e in modo specifico <strong>le</strong> biomo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> di<br />
interesse. La scelta e la realizzazione dello strato funziona<strong>le</strong> sulla<br />
su<strong>per</strong>ficie del canti<strong>le</strong>ver è crucia<strong>le</strong> in quanto influenza diretta-
mente la se<strong>le</strong>ttività, la riproducibilità e la sensibilità del sensore. Le<br />
specie funzionali devono essere stabilmente ancorate alla su<strong>per</strong>ficie<br />
ma allo stesso tempo conservare un grado di libertà che <strong>per</strong>metta<br />
loro di interagire in modo specifico con i ligandi. Un metodo<br />
ampiamente diffuso <strong>per</strong> creare monostrati ordinati e compatti<br />
è quello di sfruttare <strong>le</strong> proprietà auto-assemblanti di catene alchiliche<br />
con gruppi tioli (R-SH) su substrati d’oro o di mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> di alchilsilani<br />
(R-Si ∫OX) su substrati di silicio. Questi formano spontaneamente<br />
layer uniformi, densamente impacchettati e robusti<br />
(ancorati in modo cova<strong>le</strong>nte). Presentano il vantaggio di essere<br />
ampiamente versatili, potendo essere sintetizzati con catene a<br />
lunghezza variabi<strong>le</strong> e gruppi con specifiche proprietà chimiche,<br />
rappresentando un mezzo idea<strong>le</strong> di ancoraggio di biomo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> ai<br />
substrati.<br />
In questo contributo, la su<strong>per</strong>ficie del canti<strong>le</strong>ver è stata attivata<br />
mediante un processo di silanizzazione utilizzando come precursore<br />
l’aminopropiltrietossilano (APTES), in grado di introdurre sulla<br />
su<strong>per</strong>ficie del silicio gruppi propilamminici. I substrati, accuratamente<br />
puliti mediante trattamento con soluzione piranha, sono<br />
stati immersi in toluene anidro contenente 1% in volume di organosilano<br />
<strong>per</strong> un tempo di 10 minuti a 60°C. Un linker omobifunziona<strong>le</strong>,<br />
la gluteraldeide [HOC-(CH 2 ) 3 -HOC], è stato quindi utilizzato<br />
<strong>per</strong> <strong>le</strong>gare cova<strong>le</strong>ntemente i gruppi amminici su<strong>per</strong>ficiali,<br />
mediante formazione di un gruppo imminico e allo stesso tempo<br />
fornire <strong>le</strong> funzionalità aldeidiche in grado di <strong>le</strong>gare i residui amminici<br />
primari della proteina. La reazione con gluteraldeide è stata<br />
eseguita ponendo i canti<strong>le</strong>ver ammino-modificati in contatto con<br />
una soluzione acquosa all’ 1% di aldeide e lasciando in incubazione<br />
<strong>per</strong> 1 h a RT a pH = 8.<br />
I canti<strong>le</strong>ver così attivati sono stati utilizzati <strong>per</strong> l’immobilizzazione<br />
della proteina A da Bacillus. Quest’ultima, al pari della proteina G,<br />
rappresenta un substrato particolarmente adatto nel<strong>le</strong> reazioni di<br />
riconoscimento antigene-anticorpo, in quanto è in grado di <strong>le</strong>gare<br />
in modo specifico il frammento Fc dell’anticorpo, <strong>per</strong>mettendo<br />
una corretta orientazione del frammento Fab, responsabi<strong>le</strong> dell’interazione<br />
con l’antigene. La procedura di ancoraggio della<br />
proteina ai substrati funzionalizzati è stata eseguita incubando<br />
quest’ultimi in PBS (phoshate buffer saline, 9.5 mM PO 4 - ) contenente<br />
la proteina (0.05 mg/mL) a pH = 7 <strong>per</strong> un tempo di 2 h. I<br />
campioni sono stati lavati ripetutamente con PBS e acqua, quindi<br />
asciugati in flusso di azoto. Per sondare la morfologia della su<strong>per</strong>ficie<br />
ottenuta, utilizziamo la tecnica AFM in modalità non-contact,<br />
<strong>per</strong> limitare i possibili danni dovuti alla scansione della punta.<br />
In Fig.4a e Fig.4b sono riportate due immagini (rispettivamente<br />
in topografia e fase) che mostrano chiaramente come <strong>le</strong> proteine<br />
tendano a formare uno strato omogeneo e uniforme (massima<br />
altezza misurata circa 20 nm. Questa “saturazione” della su<strong>per</strong>ficie<br />
è una condizione essenzia<strong>le</strong> <strong>per</strong> ottenere una misura<br />
quantitativa ed è un indice dell’omogeneità della funzionalizzazione<br />
utilizzata<br />
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Fig. 4a<br />
Fig. 4b<br />
Fig. 4 Analisi AFM (topografia Fig. 4a e fase Fig. 4b) della su<strong>per</strong>ficie dopo<br />
l’immobilizzazione della proteina A.<br />
Per la misura vera e propria di bio-rivelazione si utilizza il medesimo<br />
set-up s<strong>per</strong>imenta<strong>le</strong> descritto nel paragrafo precedente. In<br />
questo caso, uno shift in frequenza corrisponderà <strong>per</strong>ò ad una<br />
variazione di massa, dovuta alla procedura di funzionalizzazione<br />
o di immobilizzazione.<br />
La frequenza di risonanza di un oscillatore armonico è infatti <strong>le</strong>gata<br />
alla sua massa dalla semplice relazione:<br />
Dove f 0 rappresenta la frequenza di risonanza propria, k la costante<br />
di rigidità e m 0 la massa inizia<strong>le</strong> del canti<strong>le</strong>ver. Se <strong>le</strong> rigidità<br />
non cambia durante i processi di funzionalizzazione e immobiliz-<br />
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zazione della biomo<strong>le</strong>cola e la variazione ∆f è piccola rispetto a<br />
f 0 , allora l’aumento della massa dell’oscillatore è direttamente<br />
proporziona<strong>le</strong> alla diminuzione di frequenza secondo la semplice<br />
<strong>le</strong>gge:<br />
La Fig.5 riporta come varia la curva di risonanza di un canti<strong>le</strong>ver<br />
partendo dalla pulizia in soluzione piranha a fine fabbricazione<br />
(curva più a destra) <strong>per</strong> arrivare fino al <strong>le</strong>game con la proteina A<br />
(curva più a sinistra). Analizzando gli shift negativi dei singoli processi<br />
(ossidazione termica, funzionalizzazione con APTES, linking<br />
con glutaraldeide, immobilizzazione della proteina A) è quindi<br />
possibi<strong>le</strong> quantificare in modo assoluto (senza cioè tarature) la<br />
massa immobilizzata sulla su<strong>per</strong>ficie del canti<strong>le</strong>ver nei singoli stadi.<br />
In questo caso, con un canti<strong>le</strong>ver di dimensioni 400x40x5 µm 3 ,<br />
la massa di proteina A immobilizzata risulta essere circa 0.1 nanogrammi.<br />
Conoscendo poi il peso mo<strong>le</strong>colare della biomo<strong>le</strong>cola (in<br />
questo caso circa 33000 Dalton) è possibi<strong>le</strong> ricavare: la concentrazione<br />
in soluzione della proteina immobilizzata, circa 3 femtomoli,<br />
e la densità di proteine sulla su<strong>per</strong>ficie, circa 10 13<br />
mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong>/cm 2 (quest’ultimo valore è un indice dell’alto grado di ricoprimento<br />
della su<strong>per</strong>ficie funzionalizzata in accordo con l’analisi<br />
AFM).<br />
Fig. 5 Spostamento della curva di risonanza <strong>per</strong> i diversi step di preparazione<br />
In conclusione, l’utilizzo di micro/nano canti<strong>le</strong>ver <strong>per</strong> la biologia<br />
mo<strong>le</strong>colare potrebbe rappresentare un’innovazione epoca<strong>le</strong>, introducendo<br />
la possibilità di rivelare e quantificare quantità di mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong><br />
pressoché infinitesime. Nel futuro prossimo, diminuendo <strong>le</strong><br />
geometrie e migliorando l’apparato di misura, potrebbe essere<br />
possibi<strong>le</strong> spingersi fino alla rivelazione della singola biomo<strong>le</strong>cola.<br />
Ringraziamenti<br />
Parte di questo lavoro è stato sviluppata nell’ambito del laboratorio<br />
LATEMAR (Laboratorio di Tecnologie E<strong>le</strong>ttrobiochimiche Mi-<br />
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niaturizzate <strong>per</strong> l’Analisi e la Ricerca), centro di eccel<strong>le</strong>nza finanziato<br />
dal MIUR nell’ambito dei progetti FIRB 2003-2004.<br />
Contatti<br />
Carlo Ricciardi<br />
Politecnico di Torino - Dipartimento di Fisica<br />
corso Duca degli Abruzzi 24, 10129 Torino<br />
email: carlo.ricciardi@polito.it
Approcci innovativi alla<br />
riqualificazione dei materiali<br />
plastici attraverso la dis<strong>per</strong>sione<br />
di cariche nanostrutturate<br />
e l’utilizzo della simulazione<br />
mo<strong>le</strong>colare<br />
S. Sinesi*, L. Martinelli*, P. Posocco*, M. Fermeglia**, M. Ferrone**,<br />
P. Cosoli**<br />
*<strong>Centro</strong> Ricerche Plast-Optica, **Università degli Studi di Trieste<br />
Introduzione<br />
Nel contesto di uno sviluppo sostenibi<strong>le</strong>, la riqualificazione dei<br />
materiali plastici va oltre il semplice riutilizzo degli stessi e <strong>per</strong>segue<br />
l’obiettivo più genera<strong>le</strong> di un eco-design dei materiali.<br />
Gli scarti industriali non possono essere riutilizzati in modo vantaggioso,<br />
principalmente a causa della degradazione che subiscono<br />
durante il processo di lavorazione. Quando è possibi<strong>le</strong>, vengono<br />
riutilizzati in basse concentrazioni, non su<strong>per</strong>iori al 15%, insieme<br />
al materia<strong>le</strong> vergine oppure nella produzione di componenti a<br />
basso costo; altrimenti possono essere avviati all’incenerimento o<br />
smaltiti in discarica.<br />
Essi <strong>per</strong>tanto, sono un duplice prob<strong>le</strong>ma: <strong>per</strong> l’impresa, la necessità<br />
di affrontare una fonte di costo, <strong>per</strong> la tutela dell’ambiente il<br />
bisogno di ridurre l’impatto del<strong>le</strong> materie pastiche. Inoltre, la normativa<br />
europea, e conseguentemente quella naziona<strong>le</strong>, impongono<br />
oggi la necessità di trovare soluzioni eco-efficienti al prob<strong>le</strong>ma<br />
del riciclo del<strong>le</strong> materie plastiche a fine vita.<br />
La produzione di materiali nanocompositi a partire da scarti polimerici<br />
rappresenta un’alternativa efficiente sia da un punto di vista<br />
ambienta<strong>le</strong> che economico.<br />
Tuttavia la ancora scarsa conoscenza di questi materiali richiede<br />
strumenti innovativi <strong>per</strong> la comprensione dei fenomeni che ne regolano<br />
il comportamento e <strong>per</strong>mettono di ottenere materiali<br />
<strong>per</strong>formanti dalla dis<strong>per</strong>sione di nanoparticel<strong>le</strong> in matrici polimeriche<br />
di scarto.<br />
Per tutte queste ragioni, la simulazione mo<strong>le</strong>colare rappresenta<br />
uno strumento prezioso di indagine <strong>per</strong> la progettazione di un<br />
materia<strong>le</strong> a partire dal componente in cui deve essere utilizzato.<br />
In particolare la simulazione multiscala <strong>per</strong>mette di rappresentare<br />
sistemi comp<strong>le</strong>ssi da un punto di vista computaziona<strong>le</strong> quali sono<br />
i polimeri e <strong>le</strong> loro misce<strong>le</strong> e di analizzarne il comportamento di<br />
fase, con riferimento anche alla capacità di dis<strong>per</strong>dere nanoparticel<strong>le</strong>.<br />
Il <strong>Centro</strong> Ricerche Plast-optica nell’ambito del progetto europeo<br />
MOMO-VI PQ ha sviluppato in collaborazione con l’Università degli<br />
Studi di Trieste una metodologia <strong>per</strong> la riqualificazione dei materiali<br />
plastici di scarto che fornisce soluzioni sostenibili con risparmio<br />
di tempo e costi al prob<strong>le</strong>ma dei materiali plastici di scarto.<br />
Il presente lavoro fa riferimento in particolare all’upgrading di misce<strong>le</strong><br />
poli(acrilonitri<strong>le</strong>-stirene-butadiene) (ABS)/ policarbonato<br />
(PC) di comune utilizzo nel settore dell’Automotive Lighting.<br />
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Risultati simulazione<br />
Comportamenti fondamentali <strong>per</strong> un materia<strong>le</strong> quali la compatibilità<br />
e la morfologia nel caso di b<strong>le</strong>nds polimerici o la dis<strong>per</strong>sione<br />
di cariche in matrice <strong>per</strong> materiali compositi possono venire studiati<br />
mediante tecniche avanzate di simulazione mo<strong>le</strong>colare, approccio<br />
che consente non solo di anticipare quali saranno <strong>le</strong> caratteristiche<br />
del prodotto fina<strong>le</strong>, ma anche di ottimizzarne, attraverso<br />
un veloce screening inizia<strong>le</strong>, la formulazione in funzione<br />
del<strong>le</strong> proprietà finali desiderate.<br />
Con questi obiettivi primari è stata sviluppata una procedura di<br />
modellazione mo<strong>le</strong>colare <strong>per</strong> misce<strong>le</strong> polimeriche, la qua<strong>le</strong> integra<br />
differenti livelli di descrizione a partire da quello atomico e di<br />
mesoscala fino a quello macroscopico, <strong>le</strong>gando intimamente<br />
struttura e proprietà del materia<strong>le</strong>.<br />
In particolare la simulazione di mesoscala <strong>per</strong>mette di descrivere<br />
tutti quei fenomeni caratterizzati da dimensioni e tempi caratteristici<br />
su<strong>per</strong>iori rispetto a quelli atomici ma inferiori rispetto a quelli<br />
macroscopici ed è <strong>per</strong>tanto adatta a prevedere miscibilità e<br />
morfologie di una misce<strong>le</strong> polimeriche, processi di aggregazione<br />
e diffusione. Le mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> sono descritte secondo un cosiddetto<br />
“coarse-grained <strong>le</strong>vel” come una catena gaussiana di unità e<strong>le</strong>mentari<br />
(beads). Ogni bead è definito come un insieme ben preciso<br />
di atomi <strong>le</strong>gati cova<strong>le</strong>ntemente tra loro, può comprendere o<br />
meno uno o più monomeri della catena polimerica ed varia di volta<br />
in volta a seconda del sistema da rappresentare. La natura chimica<br />
del sistema trova espressione attraverso il parametro di interazione<br />
di Flory-Huggins, la dimensione dell’unità di riferimento e<br />
l’architettura mo<strong>le</strong>colare.<br />
La miscela ABS/PC di interesse è stata analizzata in differenti <strong>per</strong>centuali<br />
di concentrazione dei due componenti al fine di valutarne<br />
l’influenza sulla morfologia e sul<strong>le</strong> proprietà meccaniche e termiche<br />
del composito fina<strong>le</strong> ottenuto.<br />
Dal<strong>le</strong> simulazioni condotte si è potuto constatare che in tutti i casi<br />
il sistema risulta smiscelato con la presenza di due fasi distinte e<br />
che la variazione di concentrazione dei componenti comporta<br />
una differenziazione della morfologia assunta dalla miscela stessa<br />
(Figura 1 e 2).<br />
Figura 1. Morfologia di mesoscala <strong>per</strong> la miscela ABS/PC 10-90 ottenuta dalla<br />
simulazione. L’ABS costituisce la fase dis<strong>per</strong>sa. Il nuc<strong>le</strong>o dei domini sferici è<br />
composto da SAN mentre l’esterno da ABS (matrice di PC in arancio, nuc<strong>le</strong>o di<br />
SAN in azzurro-verde).<br />
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Figura 2. Morfologia di mesoscala <strong>per</strong> la miscela ABS/PC 50-50. Quando i due<br />
componenti sono presenti nella stessa <strong>per</strong>centua<strong>le</strong>, la miscela mostra una<br />
morfologia di natura co-continua a carattere lamellare. Le due fasi immiscibili<br />
rimangono intimamente connesse all’interno del sistema (PC in arancio).<br />
Per tutti i gradi analizzati a partire dal<strong>le</strong> morfologie risultanti dalla<br />
simulazione di mesoscala sono state ricavate mediante metodi<br />
agli e<strong>le</strong>menti finiti proprietà meccaniche e termiche di interesse,<br />
quali modulo elastico, coefficiente di Poissson, modulo di compressione,<br />
modulo di taglio, i cui valori sono riportati nella tabella<br />
sottostante (Tabella 1).<br />
TABELLA 1. PROPRIETÀ MECCANICHE DELLE MISCELE ABS-PC<br />
NELLE VARIE CONCENTRAZIONI OTTENUTE MEDIANTE SIMULAZIONE<br />
AGLI ELEMENTI FINITI.<br />
Grado E[GPa] G[GPa] K[GPa]<br />
10-90 1.79 0.487 6.01e-1 2.29e+1<br />
30-70 1.82 0.495 6.08e-1 5.60e+1<br />
50-50 1.84 0.499 6.15e-1 2.48e+2<br />
70-30 1.87 0.499 6.22e-1 4.53e+2<br />
90-10 1.89 0.499 6.29e-1 1.31e+3<br />
I valori ottenuti dalla simulazione sono stati confrontati con i valori<br />
s<strong>per</strong>imentali disponibili <strong>per</strong> misce<strong>le</strong> ABS Magnum e PC Makrolon<br />
(Bayer) riciclati estruse presso il CRP (Figura 4). I risultati ottenuti<br />
mostrano un buon accordo con quelli s<strong>per</strong>imentali.<br />
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Figura 4. Confronto tra i valori di modulo di Young simulati e s<strong>per</strong>imentali.<br />
Figura 5. Sistema a tre componenti <strong>per</strong> la simulazione dello spacing ottenuto.<br />
Un’analoga procedura è stata sviluppata anche <strong>per</strong> materiali nanocompositi<br />
polimero-silicati, dove la carica minera<strong>le</strong> additivata è<br />
costituita da cristallo lamellare di montmorillonite (MMT). Per realizzare<br />
una migliore interazione con i polimeri organici i cationi<br />
presenti sulla su<strong>per</strong>ficie della montmorillonite sono scambiati con<br />
mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> organiche aventi un gruppo cationico (dette quats o<br />
compatibilizzanti). Il compatibilizzante separa quindi gli strati di<br />
MMT e facilita la diffusione del polimero tra di essi. Pertanto il sistema<br />
composito risulta costituito da tre e<strong>le</strong>menti differenti: matrice,<br />
fil<strong>le</strong>r e compatibilizzante. Una del<strong>le</strong> difficoltà principali nella<br />
realizzazione di tali materiali e del successivo impiego riguarda la<br />
coesione tra matrice e fil<strong>le</strong>r. La simulazione mo<strong>le</strong>colare <strong>per</strong>mette<br />
di determinare preventivamente la distaza tra <strong>le</strong> gal<strong>le</strong>rie di MMT<br />
ottenuta con l’impiego di un dato quat (Figura 5) e <strong>le</strong> energie di<br />
intercalazione (Figura 6) , consentendo così di trovare con un
semplice screening il miglior compatibilizzante <strong>per</strong> una data matrice<br />
polimerica.<br />
Figura 6. Sistema a tre componenti: montmorillonite (in basso),<br />
compatibilizzantie (in mezzo), polimero (in alto).<br />
Si sono valutati nel caso di una matrice di PMMA i seguenti surfatanti:<br />
• Tween 20<br />
• Tween 85<br />
• Tween 65<br />
• Coconut oil<br />
• Trietanolammina o<strong>le</strong>ato<br />
Le energie di interazione del sistema calcolate sono riportate in Figura<br />
8:<br />
Figura 7. Energie di binding <strong>per</strong> il sistema studiato.<br />
mentre i valori di spacing in Tabella 2:<br />
TABELLA 2. SPACING CALCOLATO PER I DIVERSI SISTEMI STUDIATI.<br />
Compound Spacing (Å)<br />
Coconut oil 18.7<br />
Trietanolammina o<strong>le</strong>ato 19.8<br />
Tween 20 20.9<br />
Tween 65 32.8<br />
Tween 85 35.5<br />
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In questo modo è stato possibi<strong>le</strong> ricavare la seguente classifica dei<br />
compatibilizzanti in termini di stabilità del nanocomposito:<br />
1. Tween20<br />
2. Tween65<br />
3. Coconut oil<br />
4. Tween85<br />
5. Trietanolammina o<strong>le</strong>ato<br />
Conclusioni<br />
1. La simulazione multiscala <strong>per</strong>mette di investigare tutto il range<br />
di composizione della miscela in termini di struttura e compatibilità.<br />
2. I due componenti ABS e PC sono risultati immiscibili in tutte <strong>le</strong><br />
concentrazioni e la morfologia della miscela varia da una fase<br />
dis<strong>per</strong>sa di ABS quando questo è al<strong>le</strong> più basse concentrazioni<br />
ad un sistema co-continuo anche a tem<strong>per</strong>ature di processo.<br />
3. L’ABS si comporta come una sorta di compatibilizzanti tra SAN<br />
e PC.<br />
4. Sono state ricavate <strong>le</strong> proprietà meccaniche <strong>per</strong> tutti i gradi<br />
della miscela consentendo di prevedere il comportamento macroscopico<br />
del materia<strong>le</strong> fina<strong>le</strong> e ricavando il comportamento<br />
della miscela.<br />
5. E’ possibi<strong>le</strong> se<strong>le</strong>zionare il miglior compatibilizzante <strong>per</strong> una assegnata<br />
matrice polimerica nel caso di nanocompositi a base<br />
di montmorillonite organicamente modificata.<br />
6. La simulazione si configura come uno strumento strategico<br />
nella previsione e nell’ottimizzazione di nuovi materiali polimerici<br />
multicomponenti a partire da componenti di riciclo.<br />
Riferimenti<br />
[1] J.P.F. Inberg, R.J. Gaymans, Polymer 43 (2002) 2425-2434.<br />
[2] J.Mas et al., J. Appl. Pol. Sc. 83 (2002) 1507-1516.<br />
[3] G.S. Wildes et al., Polymer 40 (1999) 3069-3082.<br />
[4] A. A.Gusev, J. Mech. Phys. Solids Vol.45 (9) (1997)1449.<br />
[5] J.G.E.M. Fraaije et al.,J. Chem. Phys. Vol. 106 (1997), p. 4260.<br />
Contatti<br />
Laura Martinelli<br />
<strong>Centro</strong> Ricerche Plast-optica<br />
Via Linussio 1<br />
33020 Amaro (UD)<br />
e-mail: laura.martinelli@crp.crf.it<br />
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Il Nanomondo. Innovazione <strong>per</strong> il Movimento<br />
“Il riconobbe / Ettore, e .... a fuggir diessi / atterrito. Spiccossi ad<br />
inseguirlo / fidato Achil<strong>le</strong> ne’ veloci piedi; / l’ardente Achil<strong>le</strong> difilato<br />
vola / dietro il trepido Ettòr che in tutta fuga / mena il rapido<br />
piè rasente il muro. / Da questa parte / volano i due campion, l’uno<br />
fuggendo, / l’altro inseguendo. Il fuggitivo è forte, / ma più<br />
forte e più ratto è chi l’insegue”. 1<br />
Nel Libro XXII dell’Iliade, Omero racconta la sfida fina<strong>le</strong> fra Achil<strong>le</strong><br />
ed Ettore, sfida tragica, con in palio la vita, la vita di Ettore. Eppure,<br />
<strong>le</strong> emozioni più immediate che sentiamo, accanto al sollievo di<br />
non essere inseguiti da Achil<strong>le</strong>, sono quel<strong>le</strong> dovute alla competizione<br />
fra i due eroi, alla veloce corsa.<br />
Il movimento è non solo caratteristica primaria ma soprattutto bisogno<br />
fondamenta<strong>le</strong> del genere umano. L’esigenza di muovere<br />
<strong>per</strong>sone e cose accompagna la nostra vita, l’invenzione della ruota<br />
è uno dei primi passi più significativi nella storia dell’umanità,<br />
<strong>le</strong> attività dedicate al movimento sono contrassegnate da continua<br />
innovazione.<br />
Oggigiorno, è sentire comune che una via <strong>per</strong> fare innovazione<br />
sia muoversi nel nanomondo ed obiettivo di questo articolo è<br />
analizzare qua<strong>le</strong> ruolo possano svolgere i materiali nanocompositi<br />
<strong>per</strong> promuovere innovazione in un settore che sia significativo<br />
<strong>per</strong> il movimento di <strong>per</strong>sone e cose.<br />
Cosa è il nanomondo?<br />
Come è noto, si usa suddividere il nanomondo in nanotecnologie<br />
e nanomateriali, e probabilmente un buon approccio unificante è<br />
pensare tutto il nanomondo proteso all’obiettivo di vedere, controllare<br />
e costruire oggetti engineered sulla scala dei nanometri.<br />
Il molto citato discorso di R. Feynmann all’American Physical Society<br />
2 (nel 1959!) ci fornisce una chiave di <strong>le</strong>ttura, a volte poco<br />
utilizzata, di quanto stia avvenendo nel nanomondo. Dice Feynmann:<br />
“ basterebbe guardare! … L’analisi di ogni sostanza comp<strong>le</strong>ssa<br />
diventerebbe molto semplice” Come sappiamo, il passaggio<br />
dalla microscopia ottica a quella e<strong>le</strong>ttronica è stata una vera<br />
rivoluzione. Tecnologie quali Atomic Force Microscopy (AFM),<br />
Scanning Probe Microscopy (SPM) Scanning Tunneling Microscopy<br />
(SPM) consentono non solo di vedere ma anche di posizionare<br />
gli atomi. Si chiede allora Feynmann “Qual è il limite in cui <strong>le</strong><br />
cose sono tanto picco<strong>le</strong> che non possono essere più modellate?”<br />
E ancora: “Quali sarebbero <strong>le</strong> proprietà dei materiali se potessimo<br />
posizionare gli atomi?” Interagire con la materia al livello del<strong>le</strong><br />
sue particel<strong>le</strong> e<strong>le</strong>mentari può davvero essere una rivoluzione nel<br />
disegno di nuove proprietà. “Quando scendiamo nel piccolo <strong>per</strong><br />
armeggiare con gli atomi … <strong>le</strong>ggi diverse …. cose diverse. … forze,<br />
possibilità ed effetti di nuovo tipo”. E <strong>per</strong>fino in una direzione<br />
che come vedremo dopo è di grande interesse <strong>per</strong> i nanomateriali<br />
oggi più studiati possiamo trarre ispirazione dal<strong>le</strong> paro<strong>le</strong> di<br />
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Feynmann: “Che cosa potremmo fare con una struttura stratificata<br />
con strati disposti in modo opportuno?”.<br />
Nanomateriali e Movimento. La ruota e il pneumatico<br />
Vo<strong>le</strong>ndo dunque discutere il significato dei nanomateriali <strong>per</strong> il<br />
movimento di <strong>per</strong>sone e cose, è faci<strong>le</strong> ad esempio far riferimento<br />
ad un manufatto che gioca a tal fine un ruolo irrinunciabi<strong>le</strong>: la<br />
ruota o, <strong>per</strong> dirla con il termine tecnologicamente oggi più corretto,<br />
il pneumatico.<br />
Ciò vuol dire studiare, con l’approccio nano che è stato esposto, i<br />
materiali che in maggiorparte compongono un pneumatico, <strong>le</strong><br />
mesco<strong>le</strong> elastomeriche, e vuol dire studiare nanocompositi elastomerici.<br />
Obiettivo di questo articolo è dunque approciare una razionalizzazione<br />
del ruolo dei nanomateriali nel<strong>le</strong> mesco<strong>le</strong> <strong>per</strong> pneumatici,<br />
accennando <strong>per</strong>lomeno agli aspetti più ri<strong>le</strong>vanti e partendo dal<br />
punto di vista fondamenta<strong>le</strong> <strong>per</strong> un manufatto qua<strong>le</strong> il pneumatico,<br />
ovverosia <strong>le</strong> sue prestazioni. Più in particolare, verranno soprattutto<br />
discusse <strong>le</strong> prob<strong>le</strong>matiche relative al meccanismo di interazione<br />
fra nanocariche ed elastomeri, poiché esse sono <strong>le</strong> vere<br />
radici di ogni fenomeno, e verranno dati alcuni esempi significativi<br />
<strong>per</strong> mettere in luce l’impatto dei nanocompositi elastomerici<br />
sul<strong>le</strong> proprietà del<strong>le</strong> mesco<strong>le</strong>. 3-7<br />
Le prestazioni richieste a un pneumatico<br />
Vengono richieste a un pneumatico prestazioni sempre più spinte,<br />
spesso in contraddizione fra di loro, ma non è solo la prestazione<br />
su strada tout court ad indicare la rotta del suo sviluppo<br />
tecnologico. Vanno infatti tenuti in considerazione contemporaneamente<br />
i seguenti aspetti fondamentali:<br />
F prestazione tecnica, sicurezza, sviluppo sostenibi<strong>le</strong>.<br />
In particolare, <strong>per</strong> quanto riguarda lo sviluppo sostenibi<strong>le</strong>, il ruolo<br />
chiave è giocato dal consumo di carburante di un autoveicolo,<br />
che è chiaramente correlato con <strong>le</strong> forze che si oppongono al suo<br />
movimento. Il contributo di un pneumatico a queste forze è stimato<br />
essere fra il 20 ed il 40%, in funzione del tipo di pneumatico<br />
8 , mentre l’impatto di un pneumatico sull’ambiente è dovuto<br />
<strong>per</strong> circa il 70% al consumo di carburante. E’ dunque necessario<br />
ridurre la resistenza al rotolamento, nota come Rolling Resistance<br />
(RR), proposta da un pneumatico.<br />
Vo<strong>le</strong>ndo riassumere <strong>le</strong> principali prestazioni tecniche che si richiedono<br />
ad un pneumatico, esse sono dunque:<br />
• tenuta sulla neve e sul bagnato<br />
• basso consumo di carburante<br />
• reattività e tenuta di strada in condizioni di guida molto spinta,<br />
ad alta tem<strong>per</strong>atura<br />
• stabilità della prestazione nel tempo: assenza di decadimento<br />
del<strong>le</strong> proprietà,<br />
• usura molto bassa, mantenimento della pressione di gonfiaggio<br />
Il pneumatico: prestazioni e materiali<br />
I materiali che costituiscono <strong>le</strong> mesco<strong>le</strong> <strong>per</strong> pneumatici hanno<br />
un’importanza fondamenta<strong>le</strong> <strong>per</strong> raggiungere gli obiettivi appena<br />
ricordati. 9<br />
Una mescola battistrada deve avere:
• bassa rigidità a bassa tem<strong>per</strong>atura<br />
• modulo consistente ad alta tem<strong>per</strong>atura.<br />
Deve inoltre modulare la dissipazione dell’energia, cioè la cosidetta<br />
isteresi, in funzione della tem<strong>per</strong>atura, in modo ta<strong>le</strong> che sia:<br />
• alta a bassa tem<strong>per</strong>atura (0 – 10°C)<br />
• contenuta a tem<strong>per</strong>ature di norma<strong>le</strong> utilizzo dell’autoveicolo<br />
(50 – 80°C)<br />
• ancora alta a tem<strong>per</strong>ature tipiche della guida sportiva (~<br />
100°C).<br />
In particolare, l’isteresi nel<strong>le</strong> tem<strong>per</strong>ature di norma<strong>le</strong> utilizzo è il<br />
parametro che più influenza il consumo di carburante, quindi<br />
l’impatto ambienta<strong>le</strong>.<br />
Si richiede inoltre ad altre mesco<strong>le</strong>, note come mesco<strong>le</strong> di liner, di<br />
essere:<br />
• im<strong>per</strong>meabili<br />
<strong>per</strong> garantire il mantenimento della corretta pressione di gonfiaggio<br />
ed anche l’integrità del pneumatico, impedendo il contatto di<br />
parti strutturali critiche (la cosiddetta carcassa) con umidità ed<br />
agenti ossidanti.<br />
Come si vede, <strong>le</strong> prestazioni richieste ad una mescola battistrada<br />
sembrano andare contro <strong>le</strong> <strong>le</strong>ggi che governano il comportamento<br />
di un materia<strong>le</strong> viscoelastico, qua<strong>le</strong> in effetti è una mescola. In<br />
ogni caso, è richiesto il raggiungimento di valori particolarmente<br />
sfidanti <strong>per</strong> <strong>le</strong> proprietà sopra ricordate.<br />
Le cariche rinforzanti hanno un’importanza fondamenta<strong>le</strong> nella<br />
definizione di tutte queste proprietà.<br />
Quali cariche <strong>per</strong> il rinforzo? Cariche nanostrutturate e<br />
mesco<strong>le</strong> elastomeriche<br />
Le cariche rinforzanti sono sempre state nanostrutturate, sia il nerofumo<br />
che la silice. Infatti, come si può vedere dalla Tabella 1, il<br />
rinforzo di una mescola può attivarsi solo quando <strong>le</strong> dimensioni<br />
della particella e<strong>le</strong>mentare di carica sono nell’ordine dei nanometri.<br />
A dimensioni maggiori <strong>le</strong> cariche vengono usate come diluenti<br />
(ad esempio <strong>per</strong> riduzione prezzo), e se sono ancora più grandi<br />
possono addirittura provocare fenomeni di degradazione della<br />
mescola elastomerica.<br />
TABELLA 1. DIMENSIONI DIUNACARICAESUORUOLOINUNA<br />
MESCOLA ELASTOMERICA<br />
RUOLO IN MESCOLA DIMENSIONE (NM)<br />
rinforzanti 10 – 100<br />
Semi-rinforzanti 100 – 1000<br />
diluenti 1000 – 10000<br />
degradanti > 10000<br />
Non vi è ovviamente da stupirsi di ciò, se si tiene conto che ci vogliono<br />
6 – 7 unità in una catena di gomma natura<strong>le</strong> <strong>per</strong> fare un<br />
nanometro, se si considera cioè che gli ordini di grandezza di atomi<br />
e mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> sono Angstrom e nanometri. Si può dunque tranquillamente<br />
affermare che un pneumatico è un ottimo esempio,<br />
da quasi un secolo, di materia<strong>le</strong> nanocomposito. Si potrebbe dire:<br />
basterebbe guardare! Ed in Figura 1, viene mostrata, grazie alla<br />
microscopia a trasmissione e<strong>le</strong>ttronica, la dis<strong>per</strong>sione a livello nanometrico<br />
del nero (a) e della silice (b) in una matrice elastomerica.<br />
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Fig.1 a,b<br />
Figura 1. Dimensione nanometrica di nerofumo CRX 2006 (a) e di silice zeosil<br />
1165 (b) in una mescola elastomerica. Immagini ottenute con TEM, G. Costa,<br />
ISMAC – CNR, Genova<br />
Come si rinforza? Cariche nanostrutturate e meccanismo di<br />
rinforzo<br />
La Figura 2 aiuta invece a capire il meccanismo che porta al rinforzo<br />
di una gomma, che origina dunque da diversi contributi additivi.<br />
Figura 2. Contributi additivi al rinforzo di una mescola elastomerica.<br />
In ascissa è riportata l’ampiezza della deformazione, in ordinata il modulo di<br />
taglio<br />
Il primo contributo è dovuto al reticolo dell’elastomero, che deriva<br />
sia dagli entang<strong>le</strong>ments che dalla reticolazione chimica, <strong>per</strong><br />
esempio a base zolfo. Il secondo contributo è invece dovuto al-<br />
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l’effetto idrodinamico della carica dis<strong>per</strong>sa nella gomma. Gli ultimi<br />
due contributi sono invece strettamente correlati con la struttura<br />
della carica rinforzante. Vi è infatti anzitutto il rinforzo dovuto<br />
alla gomma occlusa nella carica, che dà vita alla cosiddetta inrubber<br />
structure: la gomma immobilizzata nei vuoti presenti nella<br />
carica si trasforma, essa stessa, in carica, e quanti più vuoti sono<br />
presenti ed accessibili, cioè tanto più la carica, come si usa dire, è<br />
strutturata, tanto maggiore sarà il rinforzo. Come si vede, tutti<br />
questi contributi al rinforzo sono indipendenti dall’ampiezza di<br />
applicazione dello sforzo (strain), mentre l’ultimo contributo è assolutamente<br />
dipendente dallo strain ed è dovuto all’interazione<br />
carica-carica. La dipendenza del modulo dallo strain ci parla della<br />
dissipazione di energia e dunque dell’isteresi di una mescola.<br />
Cariche nanostrutturate tradizionali ed interazione con gli<br />
elastomeri<br />
La gomma occlusa<br />
Come è noto, la sintesi del nero e della silice che si usano come<br />
cariche rinforzanti, che avviene rispettivamente <strong>per</strong> combustione<br />
di olii minerali e <strong>per</strong> precipitazione con acido solforico di silice<br />
(sabbia) disciolta in alcali (soda), consente ad entrambe <strong>le</strong> cariche<br />
di avere una struttura sufficiente <strong>per</strong> accomodare <strong>le</strong> macromo<strong>le</strong>colare<br />
e quindi attivare il meccanismo di rinforzo della gomma occlusa.<br />
L’interazione gomma-carica e carica-carica<br />
Malgrado i gruppi polari, invero pochi, comunque presenti anche<br />
sulla sua su<strong>per</strong>ficie, il nero non ha un’interazione carica-carica così<br />
alta da pregiudicare la sua dis<strong>per</strong>sione e distribuzione nella matrice<br />
elastomerica. Non è questo il caso della silice, che presenta<br />
un’attività su<strong>per</strong>ficia<strong>le</strong> particolarmente sviluppata a seguito della<br />
presenza di gruppi silanolici. Per ottenere un’opportuna distribuzione<br />
della silice in una gomma e quindi rinforzo è dunque necessario<br />
utilizzare un agente di accoppiamento. La Figura 3 mostra la<br />
struttura del composto chimico che svolge ta<strong>le</strong> funzione, grazie<br />
alla presenza di più gruppi funzionali.<br />
Figura 3. Agente di accoppiamento silice – elastomero: bis-3-<br />
(trietossisililpropil)tetrasulfano (TESPT)<br />
I gruppi SiOR realizzano un <strong>le</strong>game cova<strong>le</strong>nte con la silice già durante<br />
la miscelazione, la parte lipofila è quindi responsabi<strong>le</strong> della<br />
buona dis<strong>per</strong>sione della silice in gomma, grazie anche all’effetto<br />
ricoprente della silice stessa, ed infine lo zolfo dà vita al <strong>le</strong>game<br />
chimico con la gomma, durante la vulcanizzazione.<br />
La struttura e lo sviluppo di agenti di accoppiamento qua<strong>le</strong> quello<br />
di Figura 2 hanno consentito alla silice, a partire dagli anni 80, di<br />
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affermarsi qua<strong>le</strong> carica irrinunciabi<strong>le</strong> <strong>per</strong> <strong>le</strong> cosiddette green tires,<br />
cioè <strong>per</strong> i pneumatici a basso impatto ambienta<strong>le</strong>. Infatti la silice è<br />
in grado di modificare positivamente la curva dell’isteresi, raggiungendo<br />
in particolare valori più bassi nella regione di tem<strong>per</strong>ature<br />
tipica della rolling resistance. Ciò ha portato ad un grande interesse<br />
<strong>per</strong> <strong>le</strong> cosidette “cariche bianche”, proprio nella direzione<br />
del basso impatto ambienta<strong>le</strong>.<br />
Cariche nanostrutturate stratificate<br />
E’ dunque più corretto dire che l’esplosione del nanomondo ha<br />
reso disponibi<strong>le</strong> una nuova generazione di cariche nanostrutturate<br />
10-11 , <strong>per</strong> i polimeri in genere e, più in particolare, <strong>per</strong> gli elastomeri<br />
e <strong>le</strong> mesco<strong>le</strong> elastomeriche. Si tratta, così come indicato dal<br />
presago Feynmann, del<strong>le</strong> cariche a strati, o lamellari.<br />
Come si può vedere in Figura 4a, queste cariche lamellari sono<br />
nano in una direzione. Infatti, <strong>le</strong> lamel<strong>le</strong> hanno lati che si estendono<br />
anche <strong>per</strong> centinaia di nanometri, mentre il loro spessore è tipicamente<br />
nell’ordine del nanometro.<br />
In Figura 4b è riportata la struttura di una nanocarica a strati, una<br />
montmorillonite. I seguenti connotati strutturali appaiono i più ri<strong>le</strong>vanti<br />
<strong>per</strong> l’interazione con catene macromo<strong>le</strong>colari. In primo<br />
luogo un eccesso di carica negativa sulla su<strong>per</strong>ficie della lamella,<br />
a causa della sostituzione isomorfa di cationi triva<strong>le</strong>nti (es: Al 3+ )<br />
con cationi biva<strong>le</strong>nti (es: Mg 2+ ), che viene controbilanciata da cationi<br />
alcalino o alcalino-terrosi, che si situano nello spazio interlamellare.<br />
Quindi, l’esistenza di una struttura spazia<strong>le</strong> ordinata con<br />
canali fra <strong>le</strong> opposte lamel<strong>le</strong>. Infine, l’interazione fra <strong>le</strong> lamel<strong>le</strong> dovuta<br />
a forze relativamente deboli, con la possibilità di avere sia intercalazione<br />
di mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> che allontanamento del<strong>le</strong> lamel<strong>le</strong>, a dare<br />
origine ad un fenomeno che viene indicato come esfoliazione o<br />
delaminazione.<br />
Figura 4. (a) nano-carica a strati (b) struttura di una montmorillonite
Le nanocariche a strati presentano dunque diversi requisiti che lasciano<br />
immaginare prestazioni interessanti in mescola:<br />
(i) la struttura, con la possibilità di accomodare <strong>le</strong> catene macromo<strong>le</strong>colari<br />
(ii) una potenzia<strong>le</strong> alta area su<strong>per</strong>ficia<strong>le</strong>, <strong>per</strong> un’estesa interazione<br />
con <strong>le</strong> macromo<strong>le</strong>co<strong>le</strong><br />
(iii)la natura di carica bianca, che lascia presagire un positivo effetto<br />
sull’isteresi di una mescola, quindi sulla Rolling Resistance<br />
(iv)vi è infine la possibilità di ottenere <strong>le</strong> proprieà desiderate con<br />
quantità di nanocarica a strati ridotte rispetto al<strong>le</strong> nanocariche<br />
tradizionali.<br />
Cariche nanostrutturate stratificate ed interazione<br />
con gli elastomeri<br />
Sviluppare nanocompositi elastomerici basati su cariche stratificate,<br />
o lamellari, vuol dire anzitutto studiare il meccanismo di interazione<br />
fra dette cariche ed un elastomero. Due gli aspetti fondamentali<br />
che devono essere considerati.<br />
(1) i meccanismi che portano ad avere gomma occlusa e che presidiano<br />
l’interazione carica – carica,<br />
(2) l’interazione chimica fra la carica lamellare e l’elastomero.<br />
Meccanismo di formazione di nanocompositi elastomerici –<br />
Intercalazione ed esfoliazione<br />
Possiamo prendere dalla natura un esempio che ci illustra i benefici<br />
della gomma occlusa. E’ noto infatti l’abalone, ovverosia il<br />
mollusco diffuso sul<strong>le</strong> coste americane del pacifico, costituito da<br />
strati alternati di aragonite e di biopolimero elastomerico. La<br />
struttura intercalata conferisce al mollusco un aumento di rigidità<br />
di 2 volte e di tenacità addirittura di mil<strong>le</strong> volte rispetto ai singoli<br />
componenti.<br />
In Figura 5 è riportato lo schema molto semplificato di catene polimeriche<br />
ntercalate fra <strong>le</strong> lamel<strong>le</strong> di una carica a strati.<br />
Figura 5. catene polimeriche intercalate fra <strong>le</strong> lamel<strong>le</strong> di una carica a strati<br />
Sembra dunque auspicabi<strong>le</strong> avere gomma intercalata. e i seguenti<br />
motivi possono essere identificati <strong>per</strong> giustificare un positivo effetto<br />
sul rinforzo:<br />
(i) l’intercalazione di macromo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> di elastomero fra <strong>le</strong> lamel<strong>le</strong><br />
del silicato aumenta l’area su<strong>per</strong>ficia<strong>le</strong> attiva del silicato stesso.<br />
(ii) l’immobilizzazione del<strong>le</strong> catene riguarda non solo quel<strong>le</strong> intercalate<br />
ma anche quel<strong>le</strong> confinate fra “pacchetti” di lamel<strong>le</strong>, come<br />
schematizzato in Figura 6.<br />
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Figura 6. Immobilizzazione di catene fra “pacchetti” di cariche a strati<br />
(iii) in definitiva, l’intercalazione di un elastomero in una carica lamellare<br />
aumenta il volume effettivo della carica.<br />
E’ altresì noto come la cosiddetta esfoliazione della struttura a<br />
strati, ovverosia il venir meno della struttura intercalata con la distribuzione<br />
del<strong>le</strong> lamel<strong>le</strong> nella matrice polimerica sia un ulteriore<br />
passo positivo <strong>per</strong> l’efficienza della carica rinforzante.<br />
L’interazione gomma-carica e carica-carica<br />
Perchè intercalazione ed esfoliazione possano avvenire, è necessario<br />
promuovere una migliore interazione fra il silicato a strati ed<br />
il polimero idrocarburico, quindi occorre aumentare il carattere<br />
organofilo del silicato, analogamente a quanto discusso <strong>per</strong> la silice.<br />
La strategia seguita nell’arte nota è la sostituzione dei cationi<br />
interstrato con tensioattivi cationici, quali ad esempio sali di ammonio<br />
con radicali alchilici. L’effetto positivo del sa<strong>le</strong> di ammonio<br />
è chiaramente visibi<strong>le</strong> in Figura 7, nella qua<strong>le</strong> viene mostrata la dis<strong>per</strong>sione<br />
in gomma isoprene sia di una nanocarica non modificata<br />
(clay) che di una nanocarica modificata con il sa<strong>le</strong> di ammonio<br />
(organoclay) 3 .<br />
Figura 7. Dis<strong>per</strong>sione in gomma isoprene di (a) clay (b) clay modificato con<br />
sa<strong>le</strong> di ammonio<br />
(a)<br />
(b)<br />
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22<br />
Nel mondo degli elastomeri, è anche possibi<strong>le</strong> seguire, come già<br />
indicato <strong>per</strong> la silice, la strada della silanizzazione della nanocarica<br />
con silani quali quello di Figura 2: la reazione interessa gli OH presenti<br />
sugli spigoli del<strong>le</strong> lamel<strong>le</strong>, così come mostrato in Figura 8.<br />
Figura 8. Gruppi OH presenti sugli spigoli del<strong>le</strong> lamel<strong>le</strong> dei silicati a strati<br />
Un <strong>le</strong>game stabi<strong>le</strong> fra nanocarica ed elastomero è fondamenta<strong>le</strong><br />
in considerazione del<strong>le</strong> applicazioni dinamiche del composito.<br />
Meccanismo di interazione nanocarica a strati - elastomero<br />
Il meccanismo riportato nella <strong>le</strong>tteratura scientifica e brevettua<strong>le</strong>,<br />
e dunque non solo proposto ma anche <strong>per</strong>seguito, prevede l’utilizzo<br />
di polimeri contenenti almeno un piccola aliquota di gruppi<br />
polari (anche 0.5 – 1%) <strong>per</strong> ottenere intercalazione nella struttura<br />
resa organofila dal tensioattivo cationico ma pur sempre ionica, e<br />
l’applicazione di quantità notevoli di energia <strong>per</strong> arrivare allo stadio<br />
fina<strong>le</strong>, esfoliato. Questo approccio appare consolidato nel<br />
mondo dei termoplastici, mentre appare prob<strong>le</strong>matico nel caso<br />
del<strong>le</strong> gomme utilizzate nel<strong>le</strong> mesco<strong>le</strong> <strong>per</strong> pneumatici, che hanno<br />
non solo natura idrocarburica e dunque tipicamente apolare, ma<br />
<strong>per</strong> <strong>le</strong> quali l’introduzione di un gruppo polare è oggetto di ambiziosi<br />
progetti di ricerca. Nel caso dei nanocompositi elastomerici,<br />
in <strong>le</strong>tteratura è disponibi<strong>le</strong> un numero crescente di informazioni<br />
sul meccanismo di formazione di materiali nanocompositi con silicati<br />
a strati, la cui razionalizzazione appare <strong>per</strong>ò ardua. Anche<br />
con gli elastomeri è comunque in definitiva proposto un meccanismo<br />
a doppio stadio, che prevede prima intercalazione e quindi<br />
esfoliazione.<br />
E’ stato anche, alternativamente, proposto un nuovo meccanismo<br />
di formazione di un nanocomposito elastomerico, che prevede<br />
la delaminazione progressiva della nanocarica a strati, senza<br />
passare attraverso lo stadio dell’intercalazione. 12<br />
Appare dunque già chiaro che è possibi<strong>le</strong> formare materiali nanocompositi<br />
fra nanocariche a strati ed elastomeri, il meccanismo<br />
della loro formazione e quindi anche la correlazione con <strong>le</strong> proprietà<br />
finali è un affascinante settore di indagine della scienza dei<br />
materiali.<br />
Le Proprietà del<strong>le</strong> mesco<strong>le</strong> elastomeriche con materiali<br />
nanocompositi<br />
Sono state sviluppate in Pirelli mesco<strong>le</strong> elastomeriche che contengono<br />
materiali nanocompositi, <strong>per</strong> applicazione nel mondo dei<br />
pneumatici. Verranno ora brevemente esaminate <strong>le</strong> proprietà più<br />
significative, discutendo se esse vadano nella direzione auspicabi<strong>le</strong><br />
<strong>per</strong> <strong>le</strong> prestazioni desiderate <strong>per</strong> un pneumatico, prima ricordate.<br />
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Il rinforzo di una mescola.<br />
In Figura 9 è riportato l’effetto di una nanocarica sui parametri<br />
statici. E’ interessante notare come sia stato sviluppato un effetto<br />
sinergico fra i compatibilizzanti: il sa<strong>le</strong> di ammonio quaternario ed<br />
il silano.<br />
Figura 9. Curva sforzo – allungamento <strong>per</strong> mesco<strong>le</strong> elastomeriche contenenti<br />
nanocariche. Ricetta mescola: IR 100, Carbon Black N326 50, Clay 10,<br />
Stearic Acid 2, ZnO 4, TESPT 1, S 2.4, Sulphenamide 1.8<br />
Il modulo elastico<br />
In Figura 10 si vede come una nanocarica a strati sia in grado di<br />
conferire un sensibi<strong>le</strong> aumento del modulo elastico ad alta tem<strong>per</strong>atura.<br />
Figura 10. Modulo elastico E’ in funzione della tem<strong>per</strong>atura <strong>per</strong> mesco<strong>le</strong><br />
elastomeriche con e senza nanocarica. Ricetta della mescola: IR 100, Carbon<br />
Black N326 60, Clay 3, Stearic Acid 2, ZnO 4, S 2, Sulphenamide 1.8, 6PPD 2<br />
L’isteresi<br />
In Tabella 2 si vede il confronto fra due mesco<strong>le</strong> contenenti diversi<br />
tipi di carica bianca: solo silice o nanocarica a strati. La proprietà<br />
della carica bianca di conferire alla mescola una bassa isteresi appare<br />
addirittura aumentare quando viene utilizzata la nanocarica<br />
a strati.
Tabella 2. Proprietà di una mescola con carica bianca, silice o nanocarica a<br />
strati (Ca250 = sforzo al 250% di allungamento). Ricetta: SBR 100, silice 53 o<br />
nanocarica 58, TEPT 3, ZnO 2.5, acido stearico 2, antiossidante 2, DPG 1, S 1.5,<br />
sulfenammide 2.5<br />
PROPRIETÀ CARICA: SILICE CARICA: NANOCARICA<br />
Ca250 (Mpa)<br />
Rapporto<br />
24.8 22.5<br />
Ca250 / Ca100 2.9 2.8<br />
Isteresi max 0.287 0.230<br />
L’im<strong>per</strong>meabilità<br />
L’applicazione più <strong>per</strong>seguita del<strong>le</strong> nanocariche a strati è senz’altro<br />
<strong>per</strong> migliorare l’im<strong>per</strong>meabilità di un materia<strong>le</strong> polimerico. Nel<br />
caso del<strong>le</strong> mesco<strong>le</strong> elastomeriche, quando esse non sono caricate<br />
si riduce la <strong>per</strong>meabilità di un fattore 4, mentre in mesco<strong>le</strong> caricate<br />
la riduzione è di circa un fattore 2. Sono comunque riportati risultati<br />
in linea con quelli dei termoplastici, ovviamente migliori<br />
considerando l’applicazione preva<strong>le</strong>ntemente statica, con miglioramenti<br />
di anche 2 ordini di grandezza. Per ottenere tali risultati<br />
vengono utilizzate nanocariche con rapporti di aspetto anche<br />
molto alti (fino a 10000) e particolari tecnologie. Non va dimenticato<br />
che una del<strong>le</strong> prime applicazioni commerciali della nanocariche<br />
è stata proprio <strong>per</strong> migliorare l’im<strong>per</strong>meabilità del<strong>le</strong> pal<strong>le</strong> da<br />
tennis.<br />
Conclusione<br />
Le nanocariche a strati danno vita con gli elastomeri a una nuova<br />
generazione di nanocompositi elastomerici, la cui applicazione<br />
nel<strong>le</strong> mesco<strong>le</strong> <strong>per</strong> pneumatici già mostra un ampio spettro di proprietà<br />
interessanti e potenzialmente migliorative rispetto all’arte<br />
nota.<br />
Riferimenti<br />
1 Omero, Iliade, trad. Vincenzo Monti, www.babe<strong>le</strong>web.net<br />
2 R. P. Feynmann, C’è molto spazio là in fondo,– Il Piacere di Scoprire,<br />
Biblioteca Scientifica Adelphi 33, 2002 (Discorso a American Physical<br />
Society 29.12.1959)<br />
3 M. Galimberti, M. Caprio, A. Lostritto, G. Guerra, G. Costa, A. Citterio,<br />
“Rubber Clay Nanocomposites”. Presentato a “Europolymer<br />
Conference 2005 (EUPOC 2005): Polymers in Nanoscience and<br />
Nanotechnology”. Gargnano (BS) 1 Giugno 2005<br />
4 M. Galimberti, “Technological development in the tire world”<br />
presentato a XVI Congresso di Chimica Industria<strong>le</strong>; Scienze e Tecnologie<br />
<strong>per</strong> uno sviluppo sostenibi<strong>le</strong>. Pallanza (Verbania) 16 giugno 2005.<br />
5 M. Galimberti “Applicazioni di materiali nanostrutturati nel mondo<br />
degli elastomeri”. Presentato a “Nanoforum. Micro e <strong>Nanotecnologie</strong>:<br />
dove ricerca e impresa si incontrano” Milano, 28 settembre 2005<br />
6 M. Galimberti “Nanocompositi elastomerici. Applicazioni industriali”<br />
Presentato a “Nanoroadmap Conferences – Present forecasts at 2015<br />
of nanotechnology application in: materials, health and medical<br />
systems, energy”. Padova, 10 novembre 2005<br />
7 M. Galimberti “Nanocompositi elastomerici: dal meccanismo di<br />
formazione al<strong>le</strong> proprietà in mescola” Presentato a “Nanosistemi e<br />
R I C E R C A & S V I L U P P O<br />
salto competitivo nell’industria dei polimeri” Milano, FAST 18<br />
novembre 2005<br />
8 D. E. Hall, J. Cal Moreland, Rubber Chem. Technol., 74, 525 (2001)<br />
9 Science and Technology of Rubber J. Mark, B. Erman, F.R. Eirich Eds.,<br />
2nd Ed. 1999, Academic Press<br />
10 M. A<strong>le</strong>xandre, P. Dubois, Materials Science and Engineering 28, 1<br />
(2000)<br />
11 E.P. Giannelis Applied Organometallic Chemistry 12 (10-11), 675<br />
(1998)<br />
12 M. Galimberti, G. Guerra, A. Lostritto, A. Spatola, manosctitto inviato a<br />
Chemistry of Materials<br />
Contatti<br />
Maurizio Galimberti<br />
Pirelli Pneumatici SpA<br />
Via<strong>le</strong> Sarca 222, 20126 Milano<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
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Tethis: nuove soluzioni<br />
nel nano- e biotech<br />
Massimo Gatelli, Emanue<strong>le</strong> Barborini, Roberta Carbone,<br />
Simone Vinati, Isabella Colciago<br />
Tethis S.r.l - Milano<br />
La creazione di materiali, di sistemi e dispositivi attraverso il controllo<br />
della materia su scala nanometrica è ciò che correntemente<br />
si intende con il termine di “nanotecnologie”.<br />
Tethis è un’azienda che sviluppa nuove tecnologie ed è attiva nei<br />
settori emergenti del<strong>le</strong> nanotecnologie e biotecnologie; punta a<br />
sfruttare la riconosciuta es<strong>per</strong>ienza in questo campo dei suoi fondatori<br />
<strong>per</strong> rendere i materiali nanostrutturati disponibili sul mercato<br />
ed economicamente competitivi <strong>per</strong> applicazioni industriali.<br />
Nasce nel 2004 come spin-off dell’Università degli Studi di Milano<br />
ed è il risultato dell’unione di competenze scientifiche, provenienti<br />
dall’ambiente della ricerca universitaria d’eccel<strong>le</strong>nza, e di conoscenze<br />
economico-finanziarie, che si estendono dalla piccola impresa<br />
ai mercati internazionali.<br />
Tethis è entrata a far parte del Gruppo Genextra nell’estate del<br />
2005, aprendo la strada allo sviluppo di nuove applicazioni del<strong>le</strong><br />
nanotecnologie al<strong>le</strong> biotecnologie, core business di Genextra.<br />
Durante questi primi anni di attività, caratterizzati da un incremento<br />
dei progetti in cui la società è coinvolta, Tethis ha ampliato<br />
il suo organico dal<strong>le</strong> poche unità di <strong>per</strong>sona<strong>le</strong> inizia<strong>le</strong>, al<strong>le</strong> venti<br />
o<strong>per</strong>anti in questo momento.<br />
L’attività di Tethis è focalizzata all’ulteriore sviluppo di tecnologie<br />
<strong>le</strong>gate alla produzione di materiali nanostrutturati, inoltre l’azienda<br />
sta procedendo allo sviluppo di dispositivi e prodotti che integrino<br />
tali materiali al fine di incrementarne <strong>le</strong> prestazioni.<br />
In particolare, la tecnologia utilizzata da Tethis e brevettata negli<br />
Usa e in Europa, <strong>per</strong> la produzione di materiali nanostrutturati, è<br />
detta PMCS (Pulsed Microplasma Cluster Source- figura 1a) ed è<br />
stata sviluppata da tre dei soci fondatori. Si tratta di una tecnica<br />
innovativa <strong>per</strong> la produzione di film nanostrutturati attraverso la<br />
deposizione di nanoparticel<strong>le</strong> trasportate in fascio su<strong>per</strong>sonico<br />
(Su<strong>per</strong>sonic Cluster Beam Deposition, SCBD). Il metodo con cui<br />
questi film sono realizzati può essere pensato come l’equiva<strong>le</strong>nte<br />
nanotecnologico della verniciatura a spruzzo, in cui <strong>le</strong> goccioline<br />
di vernice sono sostituite da particel<strong>le</strong> del<strong>le</strong> dimensioni di qualche<br />
nanometro.<br />
Le nanoparticel<strong>le</strong> sono prodotte tramite l’erosione di un e<strong>le</strong>ttrodo<br />
del materia<strong>le</strong> di interesse (generalmente metalli) <strong>per</strong> mezzo di un<br />
plasma inerte, innescato da una scarica e<strong>le</strong>ttrica. In seguito alla<br />
scarica la miscela di gas e particel<strong>le</strong> si espande attraverso un ugello<br />
e viene focalizzato fino a formare un fascio estremamente intenso<br />
e collimato, come mostrato in figura 1b.<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
Figura 1a. Particolare della sorgente PMCS<br />
Figura 1b. Rappresentazione schematica dei principi di funzionamento della<br />
PMCS.<br />
Ta<strong>le</strong> fascio di nanoparticel<strong>le</strong>, composte generalmente da qualche<br />
centinaia di atomi, può essere direzionato su di un substrato,<br />
consentendo la produzione di film con una struttura nanometrica.<br />
Utilizzando un particolare dispositivo, che sfrutta un sistema<br />
di <strong>le</strong>nti aerodinamiche e controllando l’energia cinetica e la distribuzione<br />
della massa, è possibi<strong>le</strong> ottenere dei film con un buon<br />
controllo su densità, granulosità, ruvidità, adesione al substrato,<br />
nano e mesostruttura.<br />
I film nanostrutturati così ottenuti risultano avere una bassa densità<br />
e un’alta porosità. Essi incorporano <strong>le</strong> straordinarie proprietà<br />
del<strong>le</strong> nanoparticel<strong>le</strong> in una struttura tridimensiona<strong>le</strong> faci<strong>le</strong> da realizzare.<br />
Mediante la tecnologia PMCS è inoltre possibi<strong>le</strong> depositare tali<br />
materiali su qualsiasi tipo di substrato, dalla plastica al metallo,<br />
poiché il processo di deposizione è effettuato a tem<strong>per</strong>atura ambiente<br />
e l’energia cinetica del<strong>le</strong> particel<strong>le</strong> è abbastanza alta <strong>per</strong><br />
offrire una buona adesione. Inoltre è possibi<strong>le</strong> produrre film nanostrutturati<br />
con una gran varietà di materiali: metalli, ossidi, carbonio<br />
e nanocompositi (Fig.2,3)).
Figura 2. Rappresentazio al microscopio a trasmissione e<strong>le</strong>ttronica (TEM) di un<br />
film di ossido di titanio nanostrutturato<br />
Figura 3. Immagine al microscopio a trasmissione e<strong>le</strong>ttronica (TEM) di<br />
nanoparticel<strong>le</strong> di platino dis<strong>per</strong>se in una matrice di carbonio nanostrutturato<br />
Tethis è in grado di progettare e realizzare sistemi di deposizione<br />
custom con specifiche che si adattano il più possibi<strong>le</strong> al<strong>le</strong> richieste<br />
del cliente: dal centro di ricerca industria<strong>le</strong> al laboratorio di ricerca<br />
universitario (Fig.4, 5)<br />
Figura 4. Impianto installato presso il centro di ricerca del CRP (Amaro, UD)<br />
R I C E R C A & S V I L U P P O<br />
Figura 5. Impianto installato presso il centro di ricerca del CRP (Amaro, UD)<br />
Lo schema fondamenta<strong>le</strong> degli apparati <strong>per</strong> la deposizione da fascio<br />
su<strong>per</strong>sonico (SCBD) utilizzati da Tethis si compone di due o<br />
tre camere mantenute in vuoto differenzia<strong>le</strong>: il numero del<strong>le</strong> camere<br />
dipende del<strong>le</strong> esigenze applicative.<br />
Nella versione più estesa un tipico impianto è costituito da una<br />
camera di espansione, dove il gas contenente <strong>le</strong> particel<strong>le</strong> formate<br />
nella sorgente PMCS origina il fascio su<strong>per</strong>sonico, da una seconda<br />
camera di vuoto differenzia<strong>le</strong> e da una camera di deposizione<br />
dove vengono posizionati i substrati <strong>per</strong> la crescita dei materiali,<br />
come mostrato in figura 6.<br />
Figura 6. Schema di un apparato costituito da: PMCS, camera di espansione<br />
<strong>per</strong> la formazione del fascio di nanoparticel<strong>le</strong> e la camera di deposizione.<br />
I film nanostrutturati prodotti da Tethis trovano possibilità di impiego<br />
in differenti campi di applicazione, tra cui <strong>per</strong> citarne alcuni:<br />
nella sensoristica (nasi e<strong>le</strong>ttronici, monitoraggio ambienta<strong>le</strong>,<br />
sensori multiparametrici), nell’e<strong>le</strong>ttrochimica (su<strong>per</strong>capacitori,<br />
cel<strong>le</strong> a combustibi<strong>le</strong>), nella biotecnologia (materiali biocompatibili,<br />
lab-on- a-chip <strong>per</strong> applicazione di proteomica, genomica e postgenomica).<br />
L’azienda si occupa inoltre di sviluppare, internamente o tramite<br />
joint ventures, dispositivi basati su tali prodotti tramite questa tecnologia.<br />
Due tra i progetti più ri<strong>le</strong>vanti in corso di svolgimento sono <strong>le</strong>gati,<br />
rispettivamente, allo sviluppo di piattaforme <strong>per</strong> la post-genomi-<br />
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26<br />
ca e la proteomica (progetto interno) e allo sviluppo di sensori<br />
<strong>per</strong> il ri<strong>le</strong>vamento di sostanze gassose in joint venture con Se<strong>le</strong>x<br />
Comms Spa (Gruppo Finmeccanica).<br />
Piattaforme <strong>per</strong> la post-genomica<br />
Il sequenziamento del genoma umano ha fornito una quantità di<br />
informazioni senza precedenti sulla struttura dei geni e <strong>le</strong> loro variazioni<br />
e <strong>le</strong> nanotecnologie hanno a<strong>per</strong>to una nuova frontiera<br />
<strong>per</strong> la creazione di nuova conoscenza nel campo del<strong>le</strong> scienze;<br />
consentendo il raggiungimento di e<strong>le</strong>vati livelli di miniaturizzazione,<br />
esse rappresentano un unico e imprescindibi<strong>le</strong> strumento tecnologico<br />
<strong>per</strong> lo sviluppo di nuove metodologie di studio in ambito<br />
bio-medico sia applicativo che di base.<br />
Le cosiddette tecnologie ad high-troughput, inizialmente applicate<br />
<strong>per</strong> lo studio dei profili di espressione genica, si sono rivelate di<br />
grande utilità anche <strong>per</strong> la comprensione di fenomeni biologici<br />
diversi, in particolare nella genomica “funziona<strong>le</strong>”. La possibilità<br />
di costruire arrays su chip di diverse entità quali DNA, proteine,<br />
cellu<strong>le</strong> e più recentemente virus, offre un panorama tecnologico<br />
ampio e in continua evoluzione. Uno degli obbiettivi più comp<strong>le</strong>ssi<br />
nella caratterizzazione del nostro genoma riguarda essenzialmente<br />
la comprensione della funzione del<strong>le</strong> proteine nel contesto<br />
cellulare.<br />
L’identificazione della funzione proteica è un requisito essenzia<strong>le</strong><br />
<strong>per</strong> lo studio del<strong>le</strong> patologie umane dove la de-regolazione dell’attività<br />
proteica rappresenta un fattore eziologico essenzia<strong>le</strong> nella<br />
patogenesi della malattia. A ta<strong>le</strong> scopo sono state proposte<br />
nuove metodologie basate su cell arrays on chip, inoltre recentemente<br />
è emersa l’importanza del substrato di coltura (dove <strong>le</strong> cellu<strong>le</strong><br />
crescono e proliferano) in questo tipo di tecnologie. I dati<br />
s<strong>per</strong>imentali che analizzano il ruolo della chimica e topografia del<br />
substrato sono ancora frammentari e incomp<strong>le</strong>ti, ma sottolineano<br />
il fatto che substrati artificiali in grado di “mimare” la matrice<br />
extracellulare, che circonda <strong>le</strong> cellu<strong>le</strong> “in vivo”, potrebbero costituire<br />
dei segnali più fisiologici <strong>per</strong> <strong>le</strong> cellu<strong>le</strong>.<br />
Recentemente Tethis ha caratterizzato una nuova su<strong>per</strong>ficie altamente<br />
biocompatibi<strong>le</strong> costituita da titanio nanostrutturato depositato<br />
su vetrino mediante la propria tecnologia. La straordinaria<br />
biocompatibiltà di queste su<strong>per</strong>fici, verificata in es<strong>per</strong>imenti a<br />
breve e lungo termine, insieme alla possibilità di essere efficientemente<br />
funzionalizzati con proteine, all’abbondanza di siti di adsorbimento<br />
sul<strong>le</strong> nanoparticel<strong>le</strong> e al vantaggio di essere trasparente<br />
alla luce visibi<strong>le</strong>, rendono questo nuovo materia<strong>le</strong> un substrato<br />
idea<strong>le</strong> <strong>per</strong> lo sviluppo di nuove tecnologie basate sui cell arrays,<br />
<strong>per</strong> lo screening di fenotipi e l’identificazione di nuovi target<br />
farmacologici.<br />
Su queste su<strong>per</strong>fici Tethis ha sviluppato una nuova piattaforma<br />
tecnologica <strong>per</strong> l’analisi fenotipica di famiglie di geni su cellu<strong>le</strong><br />
primarie e tumorali basata sulla creazione di due tecnologie innovative:<br />
la prima consiste nella produzione di un array retrovira<strong>le</strong><br />
su chip di titanio nanostrutturato altamente biocompatibi<strong>le</strong>.<br />
Grazie all’e<strong>le</strong>vata su<strong>per</strong>ficie attiva del<strong>le</strong> nanoparticel<strong>le</strong>, che costituiscono<br />
il film e l’e<strong>le</strong>vato potere “adsorbente” nei confronti del<strong>le</strong><br />
macromo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> proteiche, si è ottenuto un’array stabi<strong>le</strong> di virus<br />
e cellu<strong>le</strong> che, infettate ed eventualmente se<strong>le</strong>zionate, overesprimono<br />
o downregolano ad alta efficienza centinaia di geni diversi<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
<strong>per</strong> studi fenotipici a breve e a lungo termine. In particolare su<br />
questa piattaforma è stata valutata la risposta in termini di crescita<br />
e ciclo cellulare di cellu<strong>le</strong> umane primarie in assenza di p53,<br />
uno dei geni più frequentemente mutati in patologie tumorali;<br />
dopo 5 giorni dall’infezione con un vettore vira<strong>le</strong> che down-regola<br />
p53 è stato verificato un progressivo incremento del numero di<br />
cellu<strong>le</strong> e una conseguente <strong>per</strong>centua<strong>le</strong> aumentata di cellu<strong>le</strong> in fase<br />
S, indicativi di un vantaggio proliferativo nel<strong>le</strong> cellu<strong>le</strong> primarie<br />
indotto dall’assenza di p53. La nostra piattaforma <strong>per</strong>tanto consente<br />
di effettuare studi a lungo termine su fenotipi biologici<br />
comp<strong>le</strong>ssi.<br />
Inoltre la metodologia d’infezione mediata dal titanio nanostrutturato<br />
ci consente di o<strong>per</strong>are in comp<strong>le</strong>ta assenza di policationi<br />
tossici (come il polibrene), necessari <strong>per</strong> ottenere normalmente<br />
un’alta efficienza di infezione.<br />
La seconda tecnologia innovativa di analisi fenotipica (proprietaria),<br />
è l’immunocell-array; mediante ta<strong>le</strong> metodologia centinaia di<br />
marcatori proteici (proteine cellulari) possono essere studiate nel<br />
loro contesto cellulare direttamente sul chip, grazie allo spotting<br />
ad array degli anticorpi sul<strong>le</strong> cellu<strong>le</strong> fissate, ed ad un semplice<br />
saggio di immunofluorescenza. L’analisi al microscopio automatizzato<br />
consente di acquisire in poco tempo una grande quantità<br />
di immagini ad alta risoluzione che successivamente vengono<br />
analizzate con adeguati software.<br />
La tecnologia d’immobilizzazione retrovira<strong>le</strong> su chip in titanio nanostrutturato<br />
prevede ulteriori applicazioni, ad esempio nel campo<br />
della gene therapy; in particolare nel caso di cellu<strong>le</strong> primarie di<br />
diffici<strong>le</strong> trasduzione genica e sensibili agli effetti dei policationi<br />
(come i melanociti primari, <strong>le</strong> cellu<strong>le</strong> staminali e dendritiche), la<br />
nostra tecnologia offre un’ alternativa unica ed efficiente, priva di<br />
effetti tossici. (Figure 7, 8, 9,10)<br />
L’immunocell-array puo’essere inoltre configurato come tecnologia<br />
“a se’” <strong>per</strong> lo studio simultaneo di pathway cellulari indotti da<br />
farmaci, <strong>per</strong> l’identificazione di marcatori tumorali su cellu<strong>le</strong> di<br />
pazienti, <strong>per</strong> lo screening di farmaci che attivano specifici<br />
pathway cellulari, <strong>per</strong> lo screening di anticorpi policlonali e/o monoclonali<br />
<strong>per</strong> l’utilizzo in immunofluorescenza; a questo proposito<br />
abbiamo effettuato uno screening di 81 anticorpi monoclonali<br />
e policlonali su cellu<strong>le</strong> primarie mediante la produzione di un array<br />
di 600 spots di anticorpi (a diversi diluizioni) su singolo vetrino<br />
e ottenuto uno staining specifico <strong>per</strong> 39 di essi.
Figura 7. Modello cellulare utilizzato: melanociti<br />
Figura 8a. Modello cellulare utilizzato: fibroblasti<br />
Figura 8b. Cellu<strong>le</strong> dendriche<br />
Sviluppo sensori<br />
Una del<strong>le</strong> applicazioni più interessanti dei film sottili porosi è il<br />
sensore di gas. Gli ambiti nei quali questi dispositivi hanno ampie<br />
possibilità di impiego sono innumerevoli: automotive (monitorag-<br />
R I C E R C A & S V I L U P P O<br />
gio dei prodotti di combustione, comfort dell’abitacolo), domotica<br />
(fughe di gas, salubrità degli ambienti), agroalimentare (monitoraggio<br />
del<strong>le</strong> atmosfere controllate nel<strong>le</strong> filiere di produzione alimentare<br />
e della qualità dello stoccaggio), siti sensibili (monitoraggio<br />
dell’atmosfera in siti del patrimonio artistico, ed in siti potenzialmente<br />
<strong>per</strong>icolosi quali raffinerie, impianti chimici, stoccaggio<br />
di idrocarburi, ecc.). Tethis ha elaborato un articolato progetto di<br />
ricerca applicata in collaborazione con Se<strong>le</strong>x-Comms (Finmeccanica),<br />
nel qua<strong>le</strong> intende utilizzare la tecnica di deposizione da fasci<br />
di nanoparticel<strong>le</strong> <strong>per</strong> la produzione di sensori di gas di nuova<br />
concezione, da integrare in reti di te<strong>le</strong>comunicazioni.<br />
Il principio di funzionamento di un sensore di gas a film sotti<strong>le</strong> si<br />
basa sulla fenomenologia, illustrata in figura 9. A tem<strong>per</strong>ature e<strong>le</strong>vate<br />
la composizione chimica della su<strong>per</strong>ficie di ossidi metallici è in<br />
equilibrio con la composizione chimica dell’atmosfera a cui è<br />
esposta. Modificazioni nella composizione dell’atmosfera alterano<br />
la composizione chimica della su<strong>per</strong>ficie, e di conseguenza la conducibilità<br />
e<strong>le</strong>ttrica dell’ossido. Questo fenomeno è stato sfruttato<br />
<strong>per</strong> la realizzazione di sensori di gas fin dal 1962. I materiali più importanti<br />
<strong>per</strong> applicazioni sensoristiche di questo tipo sono ossidi di<br />
metalli di transizione quali SnO2, TiO2, WO3, In2O3, ZnO.<br />
Figura 9. Il principio di funzionamento di un sensore di gas a film sotti<strong>le</strong> di<br />
ossido è molto semplice: la resistenza e<strong>le</strong>ttrica del film varia in presenza di<br />
specie gassose reattive. Molto più comp<strong>le</strong>ssa è invece la spiegazione del <strong>per</strong>ché<br />
ciò avviene. Ad alta tem<strong>per</strong>atura, la su<strong>per</strong>ficie del film di ossido reagisce con<br />
l’ossigeno atmosferico, il qua<strong>le</strong> sottrae parte degli e<strong>le</strong>ttroni disponibili alla<br />
conduzione, formando uno “strato di svuotamento” (in grigio chiaro). Se<br />
insieme all’ossigeno è presente un gas reattivo lo strato di svuotamento può<br />
aumentare in dimensioni o diminuire. In altre paro<strong>le</strong>, varia il numero di e<strong>le</strong>ttroni<br />
disponibili alla conduzione e<strong>le</strong>ttrica, e, di conseguenza, la resistenza del film.<br />
L’uso di film sottili nanostrutturati come strato sensibi<strong>le</strong> ha il notevo<strong>le</strong><br />
vantaggio di offrire un’enorme su<strong>per</strong>ficie disponibi<strong>le</strong> all’interazione<br />
con l’atmosfera. Fra <strong>le</strong> varie tecniche di produzione di film<br />
nanostrutturati, quella basata sull’uso di fasci su<strong>per</strong>sonici di nanoparticel<strong>le</strong>,<br />
(SCBD) si è rivelata particolarmente interessante <strong>per</strong><br />
la possibilità di depositare il materia<strong>le</strong> sensibi<strong>le</strong> direttamente sul<strong>le</strong><br />
piattaforme microlavorate che ospitano <strong>le</strong> metallizzazioni <strong>per</strong> la<br />
misura della resistenza, senza necessità di altri trattamenti o processi.<br />
Ulteriori vantaggi sono rappresentati dalla possibilità di ottenere<br />
film nanostrutturati su qualunque tipo di substrato, inclusi<br />
i polimeri e addirittura <strong>le</strong> membrane sospese in silicio (l’ultima<br />
frontiera <strong>per</strong> quanto concerne la miniaturizzazione della sensoristica),<br />
a tem<strong>per</strong>atura ambiente, in condizioni ultra-pulite.<br />
Inoltre, grazie all’e<strong>le</strong>vata collimazione del fascio su<strong>per</strong>sonico di<br />
nanoparticel<strong>le</strong> è possibi<strong>le</strong> ottenere deposizioni in pattern ordinati,<br />
con risoluzione micrometrica, mediante l’uso di maschere rigide,<br />
come mostrato in figura 10.<br />
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Figura 10 a, b, c Sfruttando l’e<strong>le</strong>vata collimazione del fascio su<strong>per</strong>sonico di<br />
nanoparticel<strong>le</strong> è possibi<strong>le</strong> deporre pattern ordinati di materia<strong>le</strong> nanostrutturato<br />
mediante l’uso di maschere rigide. Queste, mantenute davanti al substrato, e<br />
non in contatto con esso, consentono di riprodurre il loro disegno con<br />
risoluzione sub-micrometrica.<br />
Tutto questo rende la tecnica SCBD particolarmente attraente <strong>per</strong><br />
lo sviluppo e la produzione a livello prototipa<strong>le</strong> di dispositivi <strong>per</strong> la<br />
sensoristica di gas aventi struttura comp<strong>le</strong>ssa a multi-e<strong>le</strong>menti<br />
sensibili. Sistemi di questo tipo possono essere impiegati, in connessione<br />
con software intelligenti, <strong>per</strong> affrontare i prob<strong>le</strong>mi di se<strong>le</strong>ttività<br />
nel riconoscimento di atmosfere comp<strong>le</strong>sse, di cui soffrono<br />
in genera<strong>le</strong> i sensori di gas a film di ossidi metallici.<br />
I materiali <strong>per</strong> applicazioni sensoristiche prodotti e caratterizzati<br />
da Tethis sono attualmente TiO 2 , WO 3 , e SnO 2 . Il fascio di nanoparticel<strong>le</strong><br />
è generato mediante la sorgente a microplasma pulsato<br />
PMCS. Il principio di funzionamento, già descritto in precedenza,<br />
si basa, nel caso dell’applicazione sensoristica, sull’ablazione di<br />
una barretta del metallo di cui si vuo<strong>le</strong> ricavare l’ossido, mediante<br />
un getto di plasma di argon. La sorgente, descritta in precedenza,<br />
è equipaggiata con <strong>le</strong>nti aerodinamiche, costituite da un’opportuna<br />
sequenza di diaframmi, che effettuano una se<strong>le</strong>zione in<br />
massa del<strong>le</strong> particel<strong>le</strong>. Il fascio raggiunge infine la camera di deposizione<br />
che ospita <strong>le</strong> piattaforme microlavorate, sul<strong>le</strong> quali ha<br />
luogo la crescita del film nanostrutturato. Un manipolatore portacampioni<br />
motorizzato su quattro assi <strong>per</strong>mette la movimentazione<br />
in modalità rastering <strong>per</strong> la deposizione contemporanea di più<br />
dispositivi. Lo schema dell’apparato di deposizione <strong>per</strong> la produzione<br />
di sensori è mostrato in figura 11.<br />
Figura 11. Rappresentazione schematica dell’apparato di deposizione SCBD in<br />
cui sono evidenziati la sorgente, <strong>le</strong> <strong>le</strong>nti aerodinamiche, il substrato, e il sistema<br />
a maschere rigide <strong>per</strong> la deposizione in pattern.<br />
L’ossidazione dei film alla corretta stechiometria si ottiene a seguito<br />
di trattamenti termici post-deposizione, in aria. Tali tratta-<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
menti sono inoltre necessari <strong>per</strong> “fissare” la nanostruttura dei<br />
film ed evitarne modificazioni in sede di o<strong>per</strong>atività del sensore,<br />
che appunto avviene ad e<strong>le</strong>vata tem<strong>per</strong>atura. Per sfruttare la possibilità<br />
di deporre in pattern ordinati, ed integrare materiali sensibili<br />
differenti all’interno di un unico dispositivo, sono state sviluppate<br />
opportune piattaforme microlavorate con struttura ad array,<br />
la cui versione più semplice è mostrata in figura 12.<br />
Figura 12 a, b. Layout del<strong>le</strong> piattaforme microlavorate con struttura ad array.<br />
Sul lato fronte (sinistra), oltre al<strong>le</strong> quattro metallizzazioni interdigitate, è<br />
integrato un termometro a filo di platino, mentre sul retro (destra) è presente<br />
un riscaldatore, anch’esso in platino. Le dimensioni sono di 6x6.5 mm2, con 50<br />
µm <strong>per</strong> la larghezza del<strong>le</strong> metallizzazioni.<br />
La bassa energia cinetica d’impatto e la diffusione limitata sulla<br />
su<strong>per</strong>ficie sono caratteristiche peculiari del processo di deposizione<br />
e determinano la crescita di film altamente porosi al<strong>le</strong> sca<strong>le</strong> nanometriche.<br />
La struttura dei grani nanometrici, analizzata mediante<br />
microscopia e<strong>le</strong>ttronica a trasmissione (transmission e<strong>le</strong>ctron<br />
microscopy, TEM), è di tipo amorfo nei film as-deposited. Diviene<br />
invece di tipo policristallino a seguito dei trattamenti termici.<br />
E’ importante osservare che la struttura porosa non subisce sostanziali<br />
modificazioni a seguito del trattamento termico, cosa essenzia<strong>le</strong><br />
<strong>per</strong> <strong>le</strong> applicazioni sensoristiche, nel<strong>le</strong> quali il dispositivo<br />
o<strong>per</strong>a costantemente ad e<strong>le</strong>vata tem<strong>per</strong>atura e, nel contempo<br />
necessita di mantenere una su<strong>per</strong>ficie accessibi<strong>le</strong> ai gas la più<br />
estesa possibi<strong>le</strong>. Queste osservazioni sono evidenziate nella figura<br />
13, nel caso di WO3.<br />
Figura 13 a, b. Immagini TEM di campioni di WO3 nanostrutturato.<br />
L’immagine di sinistra mostra un campione as-deposited, costituito da grani di<br />
dimensione attorno alla decina di nanometri, di struttura amorfa, come<br />
evidenziato dall’assenza di piani cristallini. L’immagine di destra mostra il<br />
medesimo campione dopo un trattamento termico a 200°C: la struttura dei<br />
grani è divenuta policristallina, mentre la porosità si è preservata.<br />
Le proprietà sensoristiche dei film sono caratterizzate rispetto al<strong>le</strong><br />
specie gassose ri<strong>le</strong>vanti <strong>per</strong> <strong>le</strong> prob<strong>le</strong>matiche ambientali, quali
NO, NO2, CO, e SO2, e rispetto a composti organici volatili quali,<br />
ad esempio, etanolo. Per mezzo di un sistema automatico di miscelazione,<br />
questi composti sono iniettati, a livelli di concentrazione<br />
dell’ordine dei ppm, insieme con aria secca pura, all’interno di<br />
un’opportuna camera di test, opportunamente sviluppata <strong>per</strong> lo<br />
studio del<strong>le</strong> <strong>per</strong>formances dei sensori.<br />
b)<br />
Figura 14. Risposta del sensore nanostrutturato di SnO2 a SO2 (a) e di<br />
TiO2+Pd a etanolo (b). Entrambe <strong>le</strong> misure sono state eseguite con sensori alla<br />
tem<strong>per</strong>atura di 300°C. La corrente e<strong>le</strong>ttrica nel sensore (asse di sinistra) è stata<br />
misurata alimentando <strong>le</strong> metallizzazioni interdigitate alla tensione fissa di 5V.<br />
Le curve a gradini rappresentano la concentrazione rea<strong>le</strong> del gas in analisi (asse<br />
di destra).<br />
La caratterizzazione è eseguita attraverso la misura della conduzione<br />
e<strong>le</strong>ttrica attraverso i film durante <strong>le</strong> sequenze di test, consistenti<br />
nell’iniezione ciclica di concentrazioni via via crescenti del<br />
composto gassoso in esame. La figura 14 mostra come esempio<br />
la risposta di film di SnO2 a SO2, e di TiO2 a etanolo. In questo ultimo<br />
caso del<strong>le</strong> nanoparticel<strong>le</strong> di palladio sono state aggiunte al<br />
film di TiO2 allo scopo di favorire cataliticamente l’azione di sensing.<br />
La stabilità della linea di base, i tempi di risposta e di ripristino, la<br />
sensibilità, il ruolo della tem<strong>per</strong>atura di esercizio, l’effetto dell’umidità,<br />
sono <strong>le</strong> questioni generali in corso di approfondimento.<br />
La potenzialità offerta dalla struttura ad array di un riconoscimento<br />
intelligente di atmosfere comp<strong>le</strong>sse, caratterizzate dalla presenza<br />
contemporanea di più specie gassose, è invece l’aspetto<br />
peculiare di questi dispositivi, altrettanto oggetto di studio. La fi-<br />
a)<br />
R I C E R C A & S V I L U P P O<br />
gura 15 mostra un dispositivo a livello prototipa<strong>le</strong>, assemblato all’interno<br />
di un package standard di tipo TO a 12 pin.<br />
Figura 15. Dispositivo assemblato in un package TO a 12 pin.<br />
Bibliografia<br />
1. Bai<strong>le</strong>y, S.N., Ali, S.M., Carpenter, A.E., Higgins, C.O. & Sabatini, D.M.<br />
Microarrays of <strong>le</strong>ntiviruses for gene function screens in immortalized<br />
and primary cells. Nat Methods 3, 117-122 (2006)<br />
2. Carbone, R. et al. Biocompatibility of cluster-assemb<strong>le</strong>d nanostructured<br />
TiO2 with primary and cancer cells. Biomaterials 27, 3221-3229 (2006).<br />
3. Stevens, M.M. & George, J.H. Exploring and engineering the cell<br />
surface interface. Science 310, 1135-1138 (2005)<br />
4. T. Mazza, E. Barborini, I. N. Kholmanov, P. Piseri, G. Bongiorno, S.<br />
Vinati, P. Milani, C. Ducati, D. Cattaneo, A. Li Bassi, C. E. Bottani, A. M.<br />
Taurino and P. Siciliano. Libraries of cluster-assemb<strong>le</strong>d titania films for<br />
chemical sensing. Applied Physics Letter 87, 103108 (2005)<br />
5. Piseri, P., Vahedi-Tafreshi, H. & Milani, P. Manipulation of nanopartic<strong>le</strong>s<br />
in su<strong>per</strong>sonic beams for the production of nanostructured materials.<br />
Curr Op Solid State Mater Sci 8, 195-202 (2004)<br />
6. Kholmanov, I.N. et al. The influence of the precursor clusters on the<br />
structural and morphological evolution of nanostructured TiO2 under<br />
thermal annealing. Nanotechnology 14, 1168-1173 (2003)<br />
7. M. Bruzzi, P. Piseri, S. Miglio, G. Bongiorno, E. Barborini, C. Ducati, J.<br />
Robertson, and P. Milani, E<strong>le</strong>ctrical conduction in nanostructured<br />
carbon and carbon-metal films grown by su<strong>per</strong>sonic cluster beam<br />
deposition. European Physical Journal B, 36, 3 (2003).<br />
8. E. Barborini, C. Lenardi, P. Piseri, P. Milani, R. G. Agostino, T. Caruso, E.<br />
Colavita, S. La Rosa, M. Bertolo, and C. Ducati Morphology and<br />
e<strong>le</strong>ctronic structure of nanostructured carbon films embedding transition<br />
metal nanopartic<strong>le</strong>s.European Physical Journal D, 24, 273 (2003).<br />
9. Ziauddin, J. & Sabatini, D.M. Microarrays of cells expressing defined<br />
cDNAs. Nature 411, 107-110 (2001).<br />
10. Bhadriraju, K. & Chen, C.S. Engineering cellular microenvironments to<br />
improve cell-based drug testing. Drug Discov Today 7, 612-620 (2002)<br />
11. Barborini E, Piseri P & Milani P A pulsed microplasma source of high<br />
intensity su<strong>per</strong>sonic carbon cluster beams. J Phys D: Appl Phys 32,<br />
L105-L109 (1999)<br />
12. Rodriguez, R., B<strong>le</strong>sa, M.A. & Regazzoni, A.E. Surface Comp<strong>le</strong>xation at<br />
the TiO(2) (anatase)/Aqueous Solution Interface: Chemisorption of<br />
Catechol. J Colloid Interface Sci 177, 122-131 (1996)<br />
Contatti<br />
Isabella Colciago<br />
Tethis srl , via Russoli, 3 - 20151 Milano<br />
tel 02-36.56.83.49, fax 02-36.56.9.83<br />
isabella.colciago@tethis-lab.com , www.tethis-lab.com<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
29<br />
t
TN O T I Z I E<br />
30<br />
Notizie in breve<br />
Nasce a Rovigo ECSIN (European Center for the<br />
Sustainab<strong>le</strong> Impact of Nanotechnology)<br />
Per rispondere all’esigenza di rafforzare il quadro conoscitivo circa<br />
l’impatto su salute e ambiente del<strong>le</strong> nanotecnologie attraverso<br />
la valutazione e la gestione (ad es. certificazione, standardizzazione)<br />
del<strong>le</strong> attività di ricerca e produzione basate sull’impiego del<strong>le</strong><br />
nanotecnologie, nasce ECSIN - European Center for the Sustainab<strong>le</strong><br />
Impact of Nanotechnology.<br />
Il <strong>Centro</strong>, insediato a Rovigo presso CEN.SER S.p.A. con un investimento<br />
di 8Meuro, rappresenta una del<strong>le</strong> principali iniziative di<br />
Veneto Nanotech a sostegno del suo impegno nel settore del<strong>le</strong><br />
nanotecnologie ed allargare la dimensione territoria<strong>le</strong> del Distretto.<br />
Il progetto, che gode, dell’appoggio del<strong>le</strong> Università Venete di<br />
Padova, di Venezia Cà Foscari e di Verona ed ha suscitato l’interesse<br />
della comunità politica ed economica Po<strong>le</strong>sana (Provincia,<br />
Comune, CCIAA e Associazione Industriali di Rovigo) e della Fondazione<br />
Cassa di Risparmio di Padova e Rovigo, potrà avere un ritorno<br />
importante in termini di attrazione di conoscenze scientifiche<br />
e professionali di alto livello e potrà contribuire a stimolare la<br />
nascita di iniziative imprenditoriali innovative.<br />
Le attività svolte da ECSIN saranno coerenti con <strong>le</strong> indicazioni fornite<br />
dalla Commissione Europea sullo sviluppo di nanoscienze e<br />
nanotecnologie, con una attenzione particolare al<strong>le</strong> seguenti prob<strong>le</strong>matiche:<br />
• Interazione del<strong>le</strong> nanotecnologie con l’ambiente e la salute<br />
umana.<br />
• Percezione pubblica della disciplina e decisioni giuridico/sociali/etiche.<br />
• Promozione <strong>per</strong> un utilizzo consapevo<strong>le</strong> del<strong>le</strong> nanotecnologie.<br />
L’approccio seguito sarà fortemente multidisciplinare e l’obiettivo<br />
è quello di favorire uno sviluppo responsabi<strong>le</strong> del<strong>le</strong> nanotecnologie<br />
e di contribuire ad informare correttamente l’opinione pubblica<br />
sugli innumerevoli campi di applicazione di queste tecnologie<br />
e sopratutto sull’impatto di prodotti e processi “nanotecnologici”<br />
su ambiente e salute umana. Il <strong>Centro</strong> sarà un punto di riferimento<br />
a servizio di aziende, università, centri di ricerca che vogliano<br />
avviare studi in tali settori.<br />
Sono già stati stabiliti contatti <strong>per</strong> avviare del<strong>le</strong> collaborazioni virtuose<br />
con imprese e istituzioni anche internazionali ed attraverso<br />
il monitoraggio del<strong>le</strong> attuali necessità di ricerca, verranno avviati i<br />
primi progetti <strong>per</strong> fornire risposte concrete ai prob<strong>le</strong>mi di gestione<br />
che concernono l’applicazione e l’utilizzo del<strong>le</strong> nanotecnologie.<br />
Attualmente il progetto è nella fase di avvio. Il dimensionamento<br />
inizia<strong>le</strong> prevede di occupare un’area di circa 1000 mq, destinata<br />
ad ospitare circa 30 <strong>per</strong>sone tra ricercatori e <strong>per</strong>sona<strong>le</strong> di staff e<br />
due laboratori attrezzati, focalizzati su: ecotossicologia e salute<br />
umana. Vi è la possibilità di ampliamento <strong>per</strong> ulteriori 1.067 mq. I<br />
locali della struttura dove sorgerà ECSIN sono stati consegnati alla<br />
fine di maggio e si sta procedendo alla fase di se<strong>le</strong>zione del<strong>le</strong><br />
migliori risorse umane e di al<strong>le</strong>stimento della strumentazione necessaria.<br />
ECSIN lavorerà a stretto contatto con gli altri attori del<br />
Distretto Veneto tra cui Nanofab, la Nanofabrication Facility che è<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
o<strong>per</strong>ativa da ottobre 2005 a Marghera.<br />
(F. Lodato)<br />
Contatti<br />
Veneto Nanotech S.C.p.A.<br />
Via S. Crispino, 106 – 35129 Padova<br />
Phone. +39 049 7705511 / 00, Fax. +39 049 7705555<br />
e-mail: direzione@venetonanotech.it<br />
Attività normativa naziona<strong>le</strong> UNI e internaziona<strong>le</strong><br />
ISO in materia di nanotecnologie<br />
In seno all’UNI (Ente naziona<strong>le</strong> italiano di Unificazione) è stata recentemente<br />
costituita la Commissione Tecnica “<strong>Nanotecnologie</strong>”.<br />
Questa nuova Commissione ha lo scopo di sviluppare una<br />
specifica attività di normazione nel campo del<strong>le</strong> nanotecnologie e<br />
di interfacciarsi ai lavori normativi che stanno nascendo a livello<br />
internaziona<strong>le</strong> presso l’ISO (International Standards Organization)<br />
e a livello CEN (European Committee for Standardization). Presso<br />
queste due organizzazioni (a cui UNI aderisce come ente di normazione<br />
italiano) sono stati a<strong>per</strong>ti i Comitati CEN TC 352 e ISO<br />
TC 229, che si occu<strong>per</strong>anno di sviluppare norme tecniche nel<br />
campo del<strong>le</strong> nanotecnologie. La Commissione UNI invece ha costituito<br />
quattro Gruppi di lavoro (vedere prospetto 1) che seguiranno<br />
lo sviluppo normativo ISO/CEN e prepareranno la posizione<br />
italiana sui vari argomenti in discussione. Perché è necessario sviluppare<br />
una attività normativa nel<strong>le</strong> nanotecnologie? Per fornire<br />
un adeguato supporto allo sviluppo industria<strong>le</strong>. Numerose sono<br />
infatti <strong>le</strong> prob<strong>le</strong>matiche sul tappeto che potrebbero essere chiarite<br />
o risolte con l’ausilio della normativa.<br />
Prospetto 1 - Struttura della Commissione UNI “<strong>Nanotecnologie</strong>”<br />
GRUPPI DI LAVORO TITOLO<br />
GL1 Terminologia<br />
GL 2 Misure, strumentazione e caratterizzazione<br />
GL 3 Salute, sicurezza e aspetti ambientali<br />
GL 4 Prodotti e processi nanotecnologici<br />
Le nanotecnologie sono sempre più considerate come un futuro<br />
punto di forza <strong>per</strong> uno sviluppo sostenibi<strong>le</strong> e che <strong>per</strong>metterà<br />
maggiori avanzamenti nel campo dei materiali, della produzione<br />
energetica, della medicina (inclusi nuovi trattamenti <strong>per</strong> la lotta ai<br />
tumori) e dei rimedi ambientali, dei sistemi tecnologici di informazione<br />
e comunicazione e di altre nuove tematiche.<br />
Perché <strong>le</strong> nanotecnologie devono essere supportate da una adeguata<br />
normativa tecnica? Alcuni esempi:<br />
• <strong>per</strong>ché non esiste una terminologia internaziona<strong>le</strong> concordata<br />
in questo campo;<br />
• <strong>per</strong>ché non esiste alcun protocollo/normativa internaziona<strong>le</strong><br />
che prova la tossicità del<strong>le</strong> nanoparticel<strong>le</strong> e gli eventuali metodi<br />
esistenti non sono adeguati a questo nuovo settore;<br />
• <strong>per</strong>ché devono essere sviluppate nuove tecniche di misurazione<br />
e specifici strumenti da standardizzare;<br />
• <strong>per</strong>ché sono necessarie nuove procedure di calibrazione e<br />
nuovi materiali di riferimento.
Il prossimo incontro della Commissione “<strong>Nanotecnologie</strong>” si<br />
terrà presso la sede dell’UNI nel mese di settembre 2006. La<br />
Commissione UNI invita es<strong>per</strong>ti interessati e competenti a partecipare<br />
ai lavori normativi, in grado di collaborare alla definizione<br />
del<strong>le</strong> future norme tecniche nazionali UNI e internazionali CEN e<br />
ISO.<br />
In occasione del Convegno “Governare <strong>le</strong> nanotecnologie in Italia”<br />
parteci<strong>per</strong>à alla tavola rotonda dal titolo “ Strategie e strumenti<br />
<strong>per</strong> lo sviluppo efficace e responsabi<strong>le</strong> del<strong>le</strong> nanotecnologie<br />
in Italia: C’è bisogno di una Iniziativa Naziona<strong>le</strong> <strong>per</strong> <strong>le</strong> <strong>Nanotecnologie</strong>?”<br />
il Direttore Tecnico dell’UNI (Ente Naziona<strong>le</strong> <strong>Italiano</strong><br />
di Unificazione), ing. Ruggero Lensi che è anche segretario della<br />
Commissione Centra<strong>le</strong> Tecnica UNI, responsabi<strong>le</strong> della su<strong>per</strong>visione<br />
di tutta l’attività normativa dell’Ente.<br />
Contatti<br />
Gian Luca Sa<strong>le</strong>rio,<br />
UNI – Funzionario della Commissione “<strong>Nanotecnologie</strong>”<br />
Per maggiori informazioni sull’attività della Commissione UNI:<br />
gianluca.sa<strong>le</strong>rio@uni.com<br />
Dispositivo <strong>per</strong> la valutazione del potere<br />
disinquinante dei materiali fotocatalitici<br />
Nell’ambito dello studio dei materiali disinquinanti, è stato ideato<br />
e sviluppato dalla società Tecnotessi<strong>le</strong> un sistema <strong>per</strong> la simulazione<br />
dell’inquinamento urbano e la valutazione del suo abbattimento,<br />
denominato UAPS (Urban Air Pollution Simulator), che<br />
sfrutta il principio della fotocatalisi. Il materia<strong>le</strong> che viene analizzato<br />
è un substrato (tessi<strong>le</strong>, ceramico, composito, ecc.) la cui su<strong>per</strong>ficie<br />
viene modificata mediante deposizione di nanoparticel<strong>le</strong>.<br />
Che cos’è la fotocatalisi?<br />
La fotocatalisi è definita come l’acce<strong>le</strong>razione della velocità di una<br />
fotoreazione <strong>per</strong> la presenza di un catalizzatore. Infatti, l’ossidazione<br />
della maggior parte degli idrocarburi procederebbe piuttosto<br />
<strong>le</strong>ntamente in assenza di sostanze attive catalitiche.<br />
Un fotocatalizzatore diminuisce l’energia di attivazione di una data<br />
reazione. Il biossido di titanio (TiO2), ad esempio, è un ossido<br />
semiconduttore dotato di una e<strong>le</strong>vata reattività <strong>per</strong> cui può essere<br />
chimicamente attivato dalla luce solare. Esso, infatti, attraverso<br />
l’assorbimento diretto di fotoni incidenti, può partecipare a processi<br />
fotochimici di su<strong>per</strong>ficie. Dall’esposizione del catalizzatore<br />
alla luce, vengono generati degli stati eccitati capaci di iniziare<br />
processi a catena come <strong>le</strong> reazioni redox e <strong>le</strong> trasformazioni mo<strong>le</strong>colari.<br />
Perché la fotocatalisi?<br />
La chimica del<strong>le</strong> su<strong>per</strong>fici prevede diversi tipi di reazione ma quel<strong>le</strong><br />
di ossidazione sono senz’altro <strong>le</strong> più significative tanto da essere<br />
considerate un punto di partenza <strong>per</strong> l’evoluzione del<strong>le</strong> diverse<br />
mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> inquinanti. Poiché l’ossidazione modifica in maniera decisiva<br />
<strong>le</strong> caratteristiche chimiche del<strong>le</strong> mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong>, ne deriva che <strong>le</strong><br />
mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> ossidate mostrano componenti tossicologici molto diversi<br />
da quel<strong>le</strong> di partenza. Generalmente, una mo<strong>le</strong>cola ossidata<br />
mostra caratteristiche tossicologiche trascurabili rispetto alla specie<br />
di partenza.<br />
N O T I Z I E<br />
Gas inquinante Trasformazione<br />
NOx (Ossido<br />
Azoto)<br />
Biossido di<br />
-<br />
NO3 (Ioni nitrato)<br />
SOx (Biossido e Triossido di<br />
Zolfo)<br />
CO (Monossido di<br />
Carbonio)<br />
C6H6 (Benzene)<br />
Materia<strong>le</strong><br />
fotocataliti<br />
3-<br />
SO4 (Ioni solfato)<br />
CO2 (Anidride carbonica)<br />
Il materia<strong>le</strong> fotocatalitico, quando viene esposto al so<strong>le</strong> o ad una<br />
lampada fluorescente, produce un’ossidazione sugli inquinanti a<br />
stato gassoso cui viene in contatto, eliminando sostanze dannose,<br />
quali composti organici (o batteri a loro vicini) ed inquinanti in<br />
forma gas tipo NO x , SO x , VOC principali responsabili dei prob<strong>le</strong>mi<br />
respiratori dovuti all’inquinamento atmosferico.<br />
UAPS (Urban Air Pollution Simulator)<br />
Il prototipo s<strong>per</strong>imenta<strong>le</strong> di UAPS (Urban Air Pollution Simulator)<br />
realizzato è costitutito da una struttura formata da una camera<br />
a tenuta stagna (figura 1) dotata di:<br />
• un condotto di alimentazione del gas inquinante dotato di<br />
una serie di fori <strong>per</strong> diffondere in maniera uniforme lo stesso<br />
all’interno della camera;<br />
• un sistema di evacuazione della camera;<br />
• una lampada UV con spettro di emissione tra i 290 e i 390 nm;<br />
• un sistema <strong>per</strong> la simulazione del vento;<br />
• un sensore <strong>per</strong> il ri<strong>le</strong>vamento della radiazione nel campo UV;<br />
• un sensore <strong>per</strong> il ri<strong>le</strong>vamento della concentrazione del gas introdotto;<br />
• un software di gestione e di interfaccia utente che <strong>per</strong>mette di<br />
gestire in remoto i parametri e di impostare differenti tipologie<br />
di prove (simulazione esposizione giornalierta, mensi<strong>le</strong>, annua<strong>le</strong>,<br />
ecc.)<br />
Il sistema è già stato testato e ottimizzato su diverse tipologie di<br />
materiali.<br />
Contatti<br />
TECNOTESSILE Soc. Naziona<strong>le</strong> di Ricerca Tecnologica r.l.<br />
VIA DEL GELSO, 13 - 59100 PRATO (IT)<br />
TEL. +39 0574634040 FAX: +39 0574634045<br />
Email: tecnotex@tecnotex.it<br />
http://www.tecnotex.it<br />
Pubblicato inventario dei prodotti nanotecnologici<br />
Il “Woodrow Wilson International Center”, direttamente col<strong>le</strong>gata<br />
con il governo americano e fortemente impegnato sul tema<br />
del<strong>le</strong> implicazioni sociali del<strong>le</strong> nanotecnologie, ha pubblicato online<br />
il primo inventario dei prodotti nanotecnologici disponibili sul<br />
mercato da loro realizzato. Sono stati identificati circa 200 prodotti,<br />
di cui piu del 50% appartenenti alla categoria “Health and<br />
Fitness” (abbigliamento, prodotti sportivi, cosmetici, <strong>per</strong>sonal care,<br />
creme solari, ecc..), seguiti da e<strong>le</strong>ttronica e computers, prodotti<br />
<strong>per</strong> la casa, settore alimentare, coatings e automotive. La maggior<br />
parte dei prodotti provengono dagli Stati Uniti, l’Europa è al<br />
terzo posto, dopo i paesi dell’area Asia-Pacifico, con circa 35 prodotti<br />
nano.<br />
Riferimenti<br />
http://www.nanotechproject.org/index.php?id=44<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
31<br />
T
TN O T I Z I E<br />
32<br />
Nanochal<strong>le</strong>nge: 300,000 euro <strong>per</strong> nuove iniziative<br />
industriali nel<strong>le</strong> nanotecnologie<br />
Veneto Nanotech ha annunciato la seconda edizione di Nanochal<strong>le</strong>nge,<br />
concorso internaziona<strong>le</strong> <strong>per</strong> idee di business basati sull’applicazione<br />
industria<strong>le</strong> del<strong>le</strong> nanotecnologie.<br />
L’iniziativa è destinata a premiare progetti in ambito nanotech<br />
che abbiano <strong>le</strong> caratteristiche e potenzialità <strong>per</strong> tradursi in nuove<br />
aziende tecnologiche, e quindi in nuovi prodotti e servizi pronti<br />
<strong>per</strong> la produzione e la commercializzazione.<br />
Al vincitore di Nanochal<strong>le</strong>nge verrà corrisposto un premio pari a<br />
300.000 euro, di cui 200.000 a titolo di investimento di seed capital<br />
e 100.000 sottoforma di servizi ed accesso al<strong>le</strong> infrastrutture<br />
del distretto Veneto del<strong>le</strong> nanotecnologie (es. laboratori della Nanofabrication<br />
Facility di Marghera). Un premio specia<strong>le</strong> del valore<br />
di 20.000 euro, sponsorizzato dall’Iniziativa <strong>Centro</strong> Europea (In-<br />
CE) sarà inoltre assegnato al miglior progetto presentato da un<br />
team proveniente da uno dei paesi del centro-est Europa membri<br />
dell’InCE.<br />
Anche quest’anno Nanochal<strong>le</strong>nge è sostenuta totalmente dalla<br />
Fondazione Cassa di Risparmio di Padova e Rovigo ed ha già ottenuto<br />
il patrocinio del Ministero dell’Istruzione, dell’Università e<br />
della Ricerca e del Ministero del<strong>le</strong> Attività Produttive.<br />
Riferimenti<br />
Veneto Nanotech S.C.p.A.<br />
www.nanochal<strong>le</strong>nge.com, info@nanochal<strong>le</strong>nge.com<br />
Il budget federa<strong>le</strong> USA 2007 <strong>per</strong> <strong>le</strong> nanotecnologie<br />
È stato recentemente annunciato che il budget <strong>per</strong> la National<br />
Nanotechnology Initiative (NNI) USA proposto <strong>per</strong> il 2007 dal Presidente<br />
Bush, ammonterà a 1277 milioni di $. Dal 2001 il finanziamento<br />
della NNI è cresciuto del 175% confermando l’importanza<br />
attribuita dagli Stati Uniti al<strong>le</strong> nanotecnologie. Salute ed<br />
energia sono i settori che hanno visto gli incrementi piu’ consistenti.<br />
Riferimenti<br />
http://www.nano.gov/<br />
Ora disponibili <strong>le</strong> roadmaps del progetto UE<br />
Nanoroadmap<br />
Nanoroadmap (NRM) è un progetto cofinanziato dalla UE nell’ambito<br />
del 6° Programma Quadro (PQ6) e coordinato da<br />
AIRI/NanotecIT. Il suo obiettivo era quello di produrre roadmaps a<br />
10 anni (2015) circa l’applicazione del<strong>le</strong> nanotecnologie in the<br />
settori fondamentali: Materiali, Salute & Sistemi Medicali, Energia.<br />
Il progetto è iniziato a Gennaio 2004 e si è concluso alla fine<br />
di Dicembre 2005. Il Consorzio Internaziona<strong>le</strong> che ha realizzato il<br />
progetto era formato da organizzazioni di 8 paesi Europei ed<br />
Israe<strong>le</strong>:<br />
• AIRI/Nanotec IT (I)<br />
• Institute of Nanotechnology (UK)<br />
• MATIMOP (IL)<br />
• Technology Centre (CZ)<br />
• VDI/VDE-IT (DE)<br />
• VTT(FL)<br />
• Wil<strong>le</strong>ms & van den Wildenberg (ES, NL)<br />
• Yo<strong>le</strong> Dèveloppement (FR)<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
Le roadmaps mettono in evidenza i fattori e <strong>le</strong> esigenze che spingono<br />
l’evoluzione dei settori considerati ed il ruolo del<strong>le</strong> nanotecnologie,<br />
<strong>le</strong> direzioni di crescita e di sviluppo attese, gli ostacoli e <strong>le</strong><br />
barriere da su<strong>per</strong>are <strong>per</strong> portare sul mercato <strong>le</strong> applicazioni previste.<br />
Ricercatori, dell’industria e del mondo della ricerca, pianificatori<br />
pubblici e privati, investitori, associazioni industriali, possono<br />
tutti trarre dal<strong>le</strong> roadmaps utili indicazioni <strong>per</strong> i loro piani futuri.<br />
Le roadmaps possono essere scaricate liberamente dal sito del<br />
progetto http://www.nanoroadmap.it/reports.htm.<br />
Contatti<br />
Andrea Porcari<br />
NanotecIT<br />
Tel. 06 88 48 831 - info@nanotec.it<br />
http://www.nanoroadmap.it/reports.htm
Seminari e convegni<br />
NSTI Nanotech 2006 International Conference: uno<br />
spazio <strong>per</strong> <strong>le</strong> nanotecnologie italiane<br />
Boston (USA); 7/5/2006 - 11/5/2006<br />
In occasione del Convegno Nanotech 2006, uno appuntamento<br />
tra i piu’ importanti nel campo del<strong>le</strong> nanotecnologie, tenutosi dal<br />
7all’11 maggio 2006 a Boston (v. nota Garibbo), AIRI/Nanotec IT<br />
e l’Istituto <strong>Italiano</strong> <strong>per</strong> il Commercio con l’Estero (ICE) hanno collaborato<br />
<strong>per</strong> valorizzare la partecipazione Italiana al Convegno<br />
stesso sfruttando la decisione di ICE di al<strong>le</strong>stire una stand dedicato<br />
nel qua<strong>le</strong> ospitare <strong>le</strong> organizzazioni Italiane presenti.<br />
A tal fine, AIRI/Nanotec IT, in stretto contatto con la Centra<strong>le</strong> in<br />
Italia e l’Ufficio a Los Ange<strong>le</strong>s di ICE, che ha curato gli aspetti logistici<br />
ed organizzativi negli USA, si è impegnata <strong>per</strong> pubblicizzare e<br />
promuovere, in primo luogo tra i propri iscritti ma non solo, l’iniziativa,<br />
coordinare i contatti tra quanti hanno deciso di aderire e<br />
con ICE, fornire informazioni sul<strong>le</strong> nanotecnologie in Italia da utilizzare<br />
<strong>per</strong> il materia<strong>le</strong> informativo da distribuire al Convegno,<br />
concordare aspetti o<strong>per</strong>ativi e contenuti degli eventi specifici che<br />
hanno contraddistinto l’iniziativa stessa.<br />
Il fulcro di tali eventi è stato lo stand al<strong>le</strong>stito da ICE nel qua<strong>le</strong>,<br />
mediante poster e strumenti audiovisivi, erano fornite informazioni<br />
circa l’impegno e <strong>le</strong> attività nel campo del<strong>le</strong> nanotecnologie<br />
del<strong>le</strong> varie organizzazioni Italiane presenti, distribuito materia<strong>le</strong> illustrativo,<br />
organizzati incontri. Nello stand erano presenti Finmeccanica<br />
(attraverso sue aziende Alcatel A<strong>le</strong>nia Space, A<strong>le</strong>nia<br />
Aeronautica, Oto Melara, SELEX Sistemi Integrati, SELEX Communications),<br />
CSM, <strong>Centro</strong> Ricerche Fiat, STMicroe<strong>le</strong>ctronics,<br />
E<strong>le</strong>ttronica S.p.A., il Consorzio Interuniversitario INSTM, Veneto<br />
Nanotech e ITP Invest in Turin and Piedmont, AIRI/Nanotec IT.<br />
Di grande utilità <strong>per</strong> la diffusione del<strong>le</strong> informazioni è stata la brochure,<br />
Italy at Nanotech 2006, preparata da ICE sulla base del<strong>le</strong><br />
informazioni ricevute da quanti hanno partecipato, contenente<br />
una panoramica della situazione genera<strong>le</strong> italiana nell’area nanotecnologie<br />
(fornita da AIRI/Nanotec IT) ed una descrizione sintetica<br />
del<strong>le</strong> organizzazioni presente allo stand. La brochure, oltre che<br />
essere distribuita allo stand, faceva parte del materia<strong>le</strong> dato ai<br />
partecipanti al Convegno al momento della registrazione e quindi<br />
è andata a circa 3000 <strong>per</strong>sone. Il Program Guide genera<strong>le</strong> di Nanotech<br />
2006 conteneva, inoltre, due intere pagine di pubblicità<br />
dello stand ICE e l’e<strong>le</strong>nco del<strong>le</strong> aziende e organizzazioni presenti,<br />
con relativi recapiti e campi di interesse/attività.<br />
Lo stand dell’ICE, molto evidente e ben al<strong>le</strong>stito (con spazio <strong>per</strong><br />
riunioni, maxi-schermo LCD e poster tematici del<strong>le</strong> varie organizzazioni)<br />
è stato visitato nella giornata di martedì 9 dalla Dott.ssa<br />
Celia Merzbacher, Executive Director del President’s Council of<br />
Advisors on Science and Technology (PCAST), dipendente direttamente<br />
dalla Casa Bianca. La Dottoressa Merzbacher si è intrattenuta<br />
con alcuni dei presenti, ponendo una serie di domande sullo<br />
stato dell’arte del<strong>le</strong> nanotecnologie nel nostro Paese e dimostrando<br />
vivo interesse ed apprezzamento.<br />
Gli altri due punti focali dell’iniziativa promossa da ICE e AIRI/Nanotec<br />
IT sono stati una serie di incontri con la comunità scientifica<br />
dell’area di Boston.<br />
N O T I Z I E<br />
Il primo di questi incontri, organizzato con il “Center for Nanoscience<br />
and Nanobiotechnology” della Boston University, si è<br />
svolto la sera del 9 maggio presso il “Photonics Center” di questa<br />
Università dove ha avuto luogo una cena – incontro tra i componenti<br />
della de<strong>le</strong>gazione Italiana ed alcuni rappresentanti della<br />
realtà americana nel campo della ricerca e dell’innovazione (università,<br />
aziende, venture capitalist, ecc.). Per la parte americana,<br />
oltre che esponenti di Boston University, Harvard University,<br />
Northeastern University, Rice University e MIT, erano presenti anche<br />
rappresentanti di imprese quali BASF Venture Capital, Agi<strong>le</strong>nt<br />
Technologies, BAE Systems, Nantero, Fraunhofer, Saint Gobain,<br />
Zyvex Corporation. Tra i presenti c’era anche il Prof. Francesco<br />
Stellacci, titolare della “Finmeccanica Chair” presso l’MIT.<br />
Una serie di brevi presentazioni, utili a fornire eventuali spunti di<br />
discussione, hanno dato il la serata. Nell’ordine, hanno parlato:<br />
Prof. Bennett Goldberg<br />
Chair, Physics Department – BOSTON UNIVERSITY<br />
Director, Center for Nanoscience and Nanobiotechnology –<br />
BOSTON UNIVERSITY<br />
A<strong>le</strong>ssandra Ferri<br />
Deputy Trade Commissioner, ICE (ITALIAN TRADE COMMISSION)-<br />
Los Ange<strong>le</strong>s<br />
Elvio Mantovani<br />
Managing Director, AIRI/NANOTEC IT<br />
A<strong>le</strong>ssandro Garibbo<br />
Deputy mentor del Focus Group Nanomateriali e Nanotecnolgie,<br />
FINMECCANICA<br />
Gianfranco Innocenti<br />
Director of Micro and Nanotechnologies Division, CENTRO RI-<br />
CERCHE FIAT<br />
Gianfranco Cerofolini<br />
Chief Scientist, ST MICROELECTRONICS<br />
Federica Lodato<br />
External relations, VENETO NANOTECH<br />
Prof. Claudio Migliaresi<br />
INSTM Research Unit of Trento University <strong>per</strong> CONSORZIO INSTM<br />
Gianmarco Giorda<br />
Marketing Manager, ITP – Invest in Turin and Piedmont<br />
Il Dr. Goldberg ed A<strong>le</strong>ssandra Ferri hanno a<strong>per</strong>to la serie del<strong>le</strong> presentazioni.<br />
Il primo ha fornito un quadro sintetico circa obiettivi<br />
ed attività del Center for Nanoscience and Nanobiotechnology<br />
mentre la seconda ha illustrato <strong>le</strong> finalità dell’iniziativa che rientra<br />
nel quadro del<strong>le</strong> azioni intraprese da ICE <strong>per</strong> promuovere il sistema<br />
del<strong>le</strong> imprese e del<strong>le</strong> organizzazioni Italiane negli USA (dall’Ufficio<br />
di Los Ange<strong>le</strong>s nel specifico dell’high tech) e favorire collaborazioni.<br />
Mantovani ha presentato una panoramica della situazione<br />
del<strong>le</strong> nanotecnologie in Italia basata sui dati raccolti con<br />
il 2° Censimento Nanotec IT mentre gli altri oratori Italiani hanno<br />
illustrato attività ed obiettivi nel campo del<strong>le</strong> nanotecnologie del<strong>le</strong><br />
rispettive organizzazioni.<br />
Una seconda serie di incontri è stata organizzata il 12 maggio,<br />
dopo la conclusione del Convegno. Hanno impegnato l’intera<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
33<br />
T
TN O T I Z I E<br />
34<br />
giornata ed hanno avuto luogo presso quattro prestigiose Istituzioni<br />
di ricerca e precisamente, nell’ordine: MIT, Harvard University,<br />
Boston Col<strong>le</strong>ge e Northeastern University. Tutti gli incontri,<br />
che hanno avuto un carattere estremamente informa<strong>le</strong>, hanno<br />
consentito uno scambio di informazioni sul<strong>le</strong> rispettive organizzazioni<br />
e sul<strong>le</strong> loro attività nel campo del<strong>le</strong> nanotecnologie ed hanno<br />
<strong>per</strong>messo di stabilire utili contatti <strong>per</strong> eventuali collaborazioni.<br />
(E. Mantovani)<br />
Contatti<br />
Elvio Mantovani, Andrea Porcari<br />
NanotecIT<br />
Tel. 06 88 48 831 - info@nanotec.it<br />
NSTI Nanotech 2006 International Conference:<br />
il convegno<br />
Boston (USA); 7/5/2006 - 11/5/2006<br />
Nanotech 2006, nona edizione del simposio annua<strong>le</strong> del Nano-<br />
Science and Technology Institute (NSTI), si è svolta dal 7 all’11<br />
Maggio 2006 a Boston (Massachusetts).<br />
Rispetto allo scorso anno <strong>le</strong> tematiche affrontate nel<strong>le</strong> varie sessioni<br />
sono aumentate di numero in modo <strong>per</strong>cepibi<strong>le</strong>, creando<br />
un’ampia rosa di opportunità, piuttosto complicata da seguire in<br />
paral<strong>le</strong>lo, ma ricca di spunti e di interesse.<br />
Nanotech, l’articolatissima conferenza genera<strong>le</strong>, da sola non basta<br />
più: nuovi eventi si svolgono in paral<strong>le</strong>lo. Da citare, il NanotechIndustrial<br />
Impact Workshop, dedicato ad approfondimenti tecnologico-industriali<br />
e già presente nella scorsa edizione, a cui si<br />
aggiungono, quest’anno, il Tech-Connect Summit ed il C<strong>le</strong>an and<br />
Control<strong>le</strong>d Environments meeting.<br />
Tech-Connect è interamente rivolto a temi di “venture capital”.<br />
Ri<strong>le</strong>vante e significativa l’entrata in campo della Russia attraverso<br />
The International Science & Technology Center (ISTC), che si presenta<br />
addirittura come gold sponsor dell’evento. Rispetto alla<br />
scorsa edizione di Nanotech i temi di “venture capital” escono<br />
dal cartellone della conferenza genera<strong>le</strong> e diventano oggetto di<br />
un evento a sé stante. D’altro canto, <strong>le</strong> presentazioni e i key-note<br />
speech di NSTI-Nanotech assumono un connotato più tecnologico<br />
rispetto allo scorso anno e contenuti tecnico-scientifici più<br />
marcati.<br />
C<strong>le</strong>an and Control<strong>le</strong>d Environments 2006 è una conferenza di<br />
due giorni che copre diversi aspetti <strong>le</strong>gati ad ambienti a contaminazione<br />
controllata e c<strong>le</strong>anrooms, a dimostrare quanto <strong>le</strong> tecnologie<br />
del silicio (MEMS e NEMS compresi) si stiano <strong>le</strong>gando sempre<br />
più indissolubilmente al<strong>le</strong> nanotecnologie. Le due tecnologie<br />
del momento <strong>per</strong> l’integrazione del<strong>le</strong> nanotecnologie e lo sviluppo<br />
di prodotti sono infatti il silicio e i polimeri. L’allumina viene<br />
usata solo in speciali applicazioni, ma risulta numericamente margina<strong>le</strong>.<br />
Questa edizione di Nanotech-NSTI ha mostrato una partecipazione<br />
ancora maggiore rispetto allo scorso anno: 3000 iscritti più i<br />
soliti partecipanti “dell’ultimo minuto”.<br />
Il Trade Show di quest’anno è stato caratterizzato dalla novità del<br />
boom del distretto tecnologico, testimoniata da un vero e proprio<br />
affollamento di rappresentanze di Contee, Regioni e di Stati federali.<br />
In particolare, erano presenti la Scozia, il Belgio Vallone, il<br />
Quebec, il Massachusetts e altre realtà territoriali, anche USA,<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
connotate da una forte integrazione di università e picco<strong>le</strong> e medie<br />
imprese, generalmente spin-off universitari, che lavorano su<br />
tematiche omogenee <strong>le</strong>gate al mondo “nano”.<br />
La presenza di Taiwan, estremamente aggressiva lo scorso anno,<br />
quest’anno non si notava; l’Australia c’era, ma si presentava con<br />
un profilo decisamente più basso rispetto all’anno scorso. Compaiono<br />
invece gli indiani, presenti in grande numero, ed Israe<strong>le</strong>.<br />
A livello di gold sponsors, compare Advance Nanotech (venture<br />
capital) mentre si defilano l’Australia (Invest Australia diventa<br />
semplice sponsor), il Giappone (Nanotech Japan fa ora parte dei<br />
Global Partners) e Motorola (che diventa silver sponsor). Sia ventures<br />
che media sponsors sono in numero decisamente ridotto rispetto<br />
allo scorso anno.<br />
Crediamo che si possa interpretare questo dato con una maggiore<br />
vivacità del mercato della West Coast (ricordiamo che Nanotech<br />
32005 si è tenuto in California), trainato dal<strong>le</strong> start-up della Silicon<br />
Val<strong>le</strong>y - rispetto a quello, meno turbo<strong>le</strong>nto, della East Coast.<br />
Rispetto alla scorsa edizione la partecipazione governativa USA è<br />
risultata meno evidente o quanto meno, meno pubblicizzata. Ta<strong>le</strong><br />
fatto porta a far pensare che il governo americano passi, come<br />
previsto, da un ruolo di facilitatore ad uno di osservatore. D’altronde,<br />
la macchina industria<strong>le</strong> americana è ormai in moto e sarà<br />
impossibi<strong>le</strong> arrestarla. Lo spazio dedicato al governo (attraverso<br />
vari forum di discussione) viene quindi dimezzato rispetto all’intera<br />
giornata che caratterizzava la scorsa edizione.<br />
Circa 250 sono state <strong>le</strong> aziende espositrici (rispetto al<strong>le</strong> 170 dello<br />
scorso anno). Si è notata l’assenza dell’Austrian Trade Commission,<br />
del Center for Nanosca<strong>le</strong> Materials Argonne National Laboratory,<br />
dell’Edmonton Economic Development Corporation e del<br />
Taiwan Business Alliance Forum. Tra <strong>le</strong> nuove entrate di interesse<br />
si segnalano Hitachi, NanoQuebec, e Scottish Development International.<br />
Rispetto alla passata edizione si nota molta più strumentazione e<br />
molte meno idee “ancora da sviluppare”, si avverte quindi una<br />
forte tendenza a concretizzare. Le picco<strong>le</strong> aziende sono molto<br />
presenti ed iniziano a comparire singoli e<strong>le</strong>menti (tools e building<br />
blocks) che potranno, in prospettiva a breve, essere integrati con<br />
altri a formare sistemi più comp<strong>le</strong>ssi in ottica multiscala. In questa<br />
linea si muove la politica del DARPA (Defence Advanced Research<br />
Projects Agency), che dice di applicare il multiscala come approccio<br />
di base al<strong>le</strong> nanotecnologie.<br />
Oltre al<strong>le</strong> paro<strong>le</strong> chiave che si riconfermano a pieno titolo dall’edizione<br />
precedente (nanotubi, sensori, quantum dots, MEMS, nanoe<strong>le</strong>ttronica,<br />
lab-on-a-chip, self-assembly, controllo del<strong>le</strong> dinamiche<br />
climatiche a livello planetario, fuel cells, nanotecnologie<br />
<strong>per</strong> la diagnosi e la cura del cancro, drug-delivery, microfluidica,<br />
biochips, future soldier, NBIC cioè integrazione tra Nano – Bio -<br />
Info e Cognitive, IPR e brevetti), compaiono i temi <strong>le</strong>gati a salute e<br />
ambiente, che nel<strong>le</strong> edizioni precedenti occupavano meno spazio.<br />
Riguardo ai temi di ambiente e sicurezza, è forte l’interesse del<strong>le</strong><br />
law firms americane, che stanno analizzando tutte <strong>le</strong> implicazioni<br />
del caso <strong>per</strong> essere in grado di proteggere in un’ottica di lungo<br />
termine gli interessi industriali dei propri clienti. Entrano in gioco<br />
<strong>le</strong> best practices del risk management, la giurisprudenza relativa<br />
al rischio industria<strong>le</strong> e una nuova consapevo<strong>le</strong>zza, che sta venen-
do fuori, ma che deve essere ancora sviluppata, riguardo agli effetti<br />
del<strong>le</strong> nanoparticel<strong>le</strong> e in particolare del<strong>le</strong> nanopolveri sugli<br />
organismi viventi.<br />
Il “grido di allarme” che si è <strong>per</strong>cepito “forte e chiaro” è che il<br />
mondo industrializzato si giocherà la partita nanotecnologie/ambiente<br />
nei prossimi cinque anni. Dato il trend tecnologico e industria<strong>le</strong><br />
in corso, cinque anni soltanto ci separano dall’immissione<br />
nell’ambiente di quantità gigantesche di nano-manufatti o di nano-sottoprodotti.<br />
Prepararsi oggi <strong>per</strong> quello che accadrà domani<br />
pare essere l’unica scelta possibi<strong>le</strong>.<br />
Quest’anno la partecipazione italiana è stata notevo<strong>le</strong>. Sicuramente<br />
maggiore rispetto allo scorso anno. Una decina, i lavori<br />
presentati da italiani che lavorano in Italia presso università (Milano,<br />
L’Aquila), enti di ricerca (CNR, INFN, European Institute of Oncology)<br />
ed aziende di alta tecnologia (STMicroe<strong>le</strong>ctronics, Tethis,<br />
Se<strong>le</strong>x Communications). Da citare <strong>per</strong>ò la comp<strong>le</strong>ta assenza degli<br />
italiani dal comitato scientifico, monopolizzato dagli statunitensi.<br />
Numerosi invece, i lavori degli Italiani all’estero.<br />
Per valorizzare la partecipazione Italiana al Convegno, l’ICE (Istituto<br />
<strong>per</strong> il Commercio con l’Estero) ha al<strong>le</strong>stito, attraverso il proprio<br />
Ufficio di Los Ange<strong>le</strong>s, uno stand nel qua<strong>le</strong> <strong>le</strong> organizzazioni<br />
Italiane presenti a Boston potessero presentare <strong>le</strong> proprie attività<br />
nel campo del<strong>le</strong> nanotecnologie e trovare occasioni di incontro.<br />
All’iniziativa, <strong>per</strong> la cui organizzazione con ICE ha collaborato con<br />
AIRI/Nanotec IT, hanno aderito Finmeccanica (nel<strong>le</strong> sue aziende<br />
Alcatel A<strong>le</strong>nia Space, A<strong>le</strong>nia Aeronautica, Oto Melara, SELEX Sistemi<br />
Integrati, SELEX Communications), CSM, <strong>Centro</strong> Ricerche<br />
Fiat, STMicroe<strong>le</strong>ctronics, E<strong>le</strong>ttronica S.p.A., Consorzio Interuniversitario<br />
INSTM, Veneto Nanotech e ITP Invest in Turin and Piedmont.<br />
(vedi nota Mantovani)<br />
Ulteriori informazioni su Nanotech 2006 si possono trovare sul sito<br />
NSTI nello spazio dedicato http://www.nsti.org/Nanotech2006/<br />
.<br />
In particolare, su<br />
http://www.nsti.org/Nanotech2006/program.html, si trova il programma<br />
dell’evento, diviso in cinque sessioni: E<strong>le</strong>ctronics & Microsystems,<br />
C<strong>le</strong>an & Control<strong>le</strong>d Environments, Life Sciences &<br />
Medicine, Materials & Technologies, Business & Ventures.<br />
(A. Garibbo)<br />
Contatti<br />
A<strong>le</strong>ssandro Garibbo, SELEX Communications - a<strong>le</strong>ssandro.garibbo@se<strong>le</strong>xcomms.com<br />
Lucia Seminara, SELEX Communications - lucia.seminara@se<strong>le</strong>x-comms.com<br />
http://www.nsti.org/Nanotech2006/<br />
Il Progetto NAoMITEC aiuta <strong>le</strong> PMI a partecipare<br />
ai programmi di ricerca supportati dalla<br />
Commissione Europea<br />
Besancon – Francia; 28/9/2006 - 29/9/2006<br />
Varie attività vengono svolte nell’ambito del progetto NAoMITEC<br />
<strong>per</strong> facilitare la partecipazione del<strong>le</strong> PMI ai programmi di ricerca<br />
europei sul<strong>le</strong> nanotecnologie.<br />
Tra queste, molto importanti sono i Brokerage Events. Per predisporsi<br />
alla partecipazione al VII Programma Quadro (VII PQ) un<br />
Brokerage Event si è tenuto il 17 maggio 2006 a Helsinki durante<br />
la Fiera NanoTechnology in Northern Europe (NTNE 2006).<br />
N O T I Z I E<br />
Un’altra occasione <strong>per</strong> poter creare contatti tra PMI, grandi aziende<br />
e centri di ricerca, sempre in vista del VII PQ, sarà la Fiera MI-<br />
CRONORA (Besancon – Francia) durante la qua<strong>le</strong>, nei giorni 28 e<br />
29 settembre prossimo, si terrà il prossimo Brokerage Event organizzato<br />
da NAoMITEC. MICRONORA, importante fiera europea<br />
dedicata al<strong>le</strong> micro e nanotecnologie, è senz’altro un’occasione<br />
di aggiornamento, incontri e scambi di es<strong>per</strong>ienze <strong>per</strong> tutte <strong>le</strong><br />
aziende che sono interessate allo sviluppo del<strong>le</strong> nanotecnologie.<br />
Per informazioni ed iscrizioni vedi il sito web:<br />
Contatti<br />
Piero Bufalini<br />
AIRI / Nanotec IT<br />
Tel. 06 88 48 831 - info@airi.it<br />
http://www.airi.it/NAOMITEC/ita/itaindex.html<br />
Le nanotecnologie nel 7° Programma Quadro<br />
dell’Unione Europea: innovazione <strong>per</strong> il mondo<br />
di domani<br />
Torino; 23/5/2006 - 24/5/2006<br />
La CRUI organizza durante tutto il 2006 una serie di eventi dal titolo<br />
“Viaggio della Ricerca in Italia”. Il <strong>per</strong>corso, articolato in 8<br />
tappe in altrettanti atenei italiani, prevede un ciclo di conferenze<br />
sui temi chiave del 7PQ e della ricerca in genera<strong>le</strong>, con contributi<br />
degli europarlamentari membri della commissione ITRE- Industry,<br />
Research, Trade, Energy del Parlamento europeo, in qualità di<br />
“ambasciatori” in Italia del<strong>le</strong> opportunità che l’Unione europea<br />
offre alla Ricerca.<br />
Il Ca<strong>le</strong>ndario di tutti gli eventi è disponibi<strong>le</strong> sul sito:<br />
http://www.crui.it/7pq/link/?ID=2342.<br />
Riguardo al<strong>le</strong> nanotecnologie è stata organizzata a Torino il 23<br />
maggio la giornata “Le nanotecnologie nel 7° Programma Quadro<br />
dell’Unione Europea: innovazione <strong>per</strong> il mondo di domani”,<br />
seguita il 24 maggio dal workshop “Integrazione Scienza-Ingegneria<br />
<strong>per</strong> <strong>le</strong> <strong>Nanotecnologie</strong>: la collaborazione fra Finmeccanica<br />
e il sistema universitario “ organizzato da CRUI in collaborazione<br />
con Finmeccanica.<br />
Più di cento i partecipanti a ciascuna giornata. Tra gli oratori rappresentanti<br />
della ricerca pubblica (Politecnico di Torino, Università<br />
di Lecce, Padova, CIVEN, CNR-ITIA ), della ricerca privata italiana<br />
(Bracco, STM, Finmeccanica) e del<strong>le</strong> istituzioni (Regione Piemonte,<br />
Commissione Europea).<br />
La giornata ha fornito un quadro sia della importanza che <strong>le</strong> nanotecnologie<br />
rivestono <strong>per</strong> il nostro Paese e <strong>per</strong> l’Europa sia degli<br />
strumenti necessari <strong>per</strong> promuoverne lo sviluppo, quali i distretti<br />
tecnologici (con l’esempio di Veneto Nanotech), <strong>le</strong> piattaforme<br />
tecnologiche (con l’esempio della piattaforma Manufuture <strong>per</strong> il<br />
settore manufatturiero), <strong>le</strong> iniziative di finanziamento e supporto<br />
a livello regiona<strong>le</strong> e infine i programmi quadro europei.<br />
L’intervento di Ezio Andreta, rappresentante della Commissione<br />
Europea, ha ricordato che <strong>le</strong> nanotecnologie saranno una del<strong>le</strong> 9<br />
aree tematiche della sezione “Coo<strong>per</strong>ation-Collaborative research”<br />
del PF7 (2007-2013 - area tematica 4: “nanosciences, nanotechnologies,<br />
materials and new production technologies”). La<br />
notevo<strong>le</strong> spinta che l’FP7 vuo<strong>le</strong> imprimere allo sviluppo del<strong>le</strong> nanotecnologie<br />
ha l’obbiettivo di su<strong>per</strong>are alcune del<strong>le</strong> debo<strong>le</strong>zze<br />
europee nel<strong>le</strong> nuove tecnologie: difficolta di trasformazione della<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
35<br />
T
TN O T I Z I E<br />
36<br />
conoscenza in prodotti commercializzabili (nonostante un eccel<strong>le</strong>nte<br />
livello accademico), basso livello di investimenti privati in ricerca,<br />
mancanza di coordinamento, scarsità di poli di eccel<strong>le</strong>nza<br />
che agiscano da riferimento <strong>per</strong> il sistema ricerca.<br />
Tra <strong>le</strong> tematiche prioritarie da affrontare <strong>per</strong> promuovere e sviluppare<br />
<strong>le</strong> nanotecnologie a livello europeo l’intervento di E. Andreta<br />
ha indicato:<br />
Più conoscenza di base: ricerca di base, educazione, infrastrutture<br />
Più applicazioni: produzione industria<strong>le</strong> di materie di base (nanomateriali),<br />
nanometrologia, standards, valutazione dei rischi associati<br />
al<strong>le</strong> nanotecnologie (in particolare nanotossicologia) ed implicazioni<br />
sociali ad esse col<strong>le</strong>gate.<br />
E. Andreta ha poi sottolineato l’importanza che hanno avuto e<br />
avranno <strong>le</strong> Piattaforme Tecnologiche <strong>per</strong> la definizione del FP7.<br />
Confermato infine che <strong>le</strong> prime call <strong>per</strong> il FP7 sono previste <strong>per</strong> fine<br />
2006.<br />
La giornata del 24 maggio si è conclusa con una tavola rotonda<br />
sulla ricerca in Italia.<br />
Le presentazioni sono disponibili sul sito dell’evento<br />
(http://www.crui.it//link/?ID=2827).<br />
Il workshop del 24 maggio è stato incentrato sullo sviluppo di<br />
collaborazioni tra Finmeccanica ed il sistema universitario. Il gruppo<br />
Finmeccanica, composto da una rete di numerose aziende, ha<br />
creato al suo interno alcune comunità tematiche, trasversali al<strong>le</strong><br />
varie aziende, dedicate a sviluppi tecnologici considerati prioritari<br />
<strong>per</strong> l’intero gruppo Finmeccanica.<br />
Tra queste iniziative il “NMP - Nanotechnology Multisca<strong>le</strong><br />
Project”, espressamente dedicato al<strong>le</strong> nanotecnologie, di cui fanno<br />
parte: Se<strong>le</strong>x Sistemi Integrati, A<strong>le</strong>nia Aeronautica, Se<strong>le</strong>x Communications,<br />
Oto Melara, CSM ed alcune università di Roma, Genova<br />
e Milano.<br />
Nell’ambito di queste comunità tematiche, ed in particolare di<br />
NMP, è stato promosso l’avvio di progetti di ricerca congiunti con<br />
<strong>le</strong> Università anche mediante l’attivazione da parte di Finmeccanica<br />
di fondi dedicati <strong>per</strong> il sostegno di questi progetti. Il workshop<br />
ha costituito un momento di confronto tra Finmeccanica e <strong>le</strong><br />
realtà universitarie che si sono proposte <strong>per</strong> partecipare a tali progetti.<br />
Nella prima parte del workshop sono state presentate <strong>le</strong> attività<br />
Finmeccanica sul<strong>le</strong> nanotecnologie, con brevi presentazioni di<br />
tutti i membri del progetto NMP, quindi è stato lasciato spazio al<strong>le</strong><br />
presentazioni del<strong>le</strong> idee progettuali da parte del sistema universitario.<br />
Tutte <strong>le</strong> presentazioni sono disponibili sul sito:<br />
http://www.crui.it//link/?ID=2824.<br />
Riferimenti<br />
http://www.crui.it<br />
Nanotech Umbria 2006: una opportunità<br />
<strong>per</strong> il nuovo distretto tecnologico umbro<br />
Terni; 5/6/2006 - 6/6/2006<br />
Si è svolto a Terni, località Villalago, l’incontro Nanotech Umbria<br />
2006, organizzato da Sviluppoumbria, con anche la collaborazione<br />
di AIRI/Nanotec IT. L’ evento, con tema <strong>le</strong> applicazione del<strong>le</strong><br />
nanotecnologie <strong>per</strong> la messa a punto di nuovi materiali e nuovi<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
prodotti a base polimerica, è stato organizzato nell’ambito della<br />
promozione del “distretto tecnologico umbro attualmente in fase<br />
di definizione (Protocollo d’intesa tra MIUR e regione umbria <strong>per</strong><br />
la realizzazione di un distretto tecnologico umbro nei settori : Materiali<br />
speciali metallurgici, Micro e nano tecnologie, Meccanica<br />
avanzata, Meccanotronica” - febbraio 2006).<br />
Obbiettivo dell’evento quello di dare vita a partnership di diverso<br />
tipo tra imprese e università locali ed organizzazioni esterne, portatrici<br />
di risorse e conoscenze strategiche, al fine di generare investimenti<br />
produttivi o di ricerca e sviluppo sul territorio umbro. A<br />
supporto dell’iniziativa <strong>le</strong> risorse previste <strong>per</strong> il distretto tecnologico<br />
umbro (50Meuro in 3 anni) e dalla Legge 181/’89.<br />
Le aree tematiche su cui è stato focalizzato l’incontro erano:<br />
• Fibre sintetiche: non tessuto <strong>per</strong> uso igienico, ignifugo, indumenti<br />
professionali, arredamento e tappezzerie …….<br />
• Packaging: plastiche bio degradabili, tracciabilita’ dei<br />
prodotti …..<br />
• Energie alternative: cel<strong>le</strong> in materia<strong>le</strong> organico <strong>per</strong> la produzione<br />
di energia da fotovoltaico<br />
• Aereospazio: materiali compositi ad uso aereospazia<strong>le</strong><br />
• Aereospazio: robot terrestre in grado di o<strong>per</strong>are in condizioni<br />
ambientali estreme sensoristica avanzata micro e nano basata<br />
su circuiti mems<br />
All’evento hanno partecipato più di cento de<strong>le</strong>gati. I rappresentanti<br />
di circa 70 imprese ed Università si sono confrontati durante<br />
i due giorni di lavoro <strong>per</strong> definire idee e proposte di collaborazione.<br />
La prima giornata è stata dedicata alla presentazione della iniziativa,<br />
con interventi di Sviluppoumbria, della regione e del<strong>le</strong> Università<br />
umbre coinvolte (l’Università di Perugia nel<strong>le</strong> sue diverse<br />
componenti: dipartimento Scienze e Tecnologie dei Materiali, laboratorio<br />
SERMS, dipartimento Energie Alternative) e alla organizzazione<br />
dei tavoli di lavoro relativi al<strong>le</strong> cinque aree tematiche<br />
previste. La seconda giornata è stata più o<strong>per</strong>ativa, con la partecipazione<br />
ai tavoli di tutti i soggetti interessati, imprese ed università,<br />
che si sono confrontati <strong>per</strong> la definizione di idee progettuali<br />
e consorzi <strong>per</strong> la partecipazione ai primi bandi del distretto (previsti<br />
<strong>per</strong> settembre) e ad altre eventuali occasioni di finanziamento.<br />
Ulteriori informazioni sono disponibili nella pagina web di Sviluppo<br />
Umbria (http://www.sviluppumbria.it/) oppure contattando<br />
AIRI/Nanotec IT.<br />
Contatti<br />
Maurizio Cipollone<br />
Tel . 0744 58542<br />
Sviluppoumbria Spa<br />
Via Armellini 1 - Terni<br />
The risk governance of nanotechnology:<br />
recommendations for managing a global issue<br />
Swiss Re Centre for Global Dialogue, Rüschlikon (Svizzera);<br />
6/7/06 -8/7/06<br />
L’Agenzia Internaziona<strong>le</strong> IRGC (International Risk Governance<br />
Council) è una fondazione indipendente fondata nel 2003 con<br />
sede in Svizzera, avente competenze multidisciplinari ed una
proiezione internaziona<strong>le</strong> del<strong>le</strong> proprie attività. Obbiettivo della<br />
fondazione è la previsione e la “governance” dei rischi <strong>le</strong>gati allo<br />
sviluppo a livello globa<strong>le</strong> della società umana.<br />
IRGC è attualmente impegnata in un progetto sulla valutazione e<br />
gestione dei rischi associati allo sviluppo del<strong>le</strong> nanotecnologie e di<br />
prodotti che <strong>le</strong> utilizzino, con l’obbiettivo di definire un quadro<br />
metodologico <strong>per</strong> l’approccio al<strong>le</strong> tematiche del rischio e della salute<br />
<strong>le</strong>gate a questo settore.<br />
Nel corso del 2005 IRGC ha condotto una analisi del<strong>le</strong> iniziative<br />
nazionali intraprese nel mondo sul<strong>le</strong> nanotecnologie, interpellando<br />
rappresentanti di istituzioni e organizzazioni di tutti i paesi interessati,<br />
che ha portato alla stesura del rapporto “Survey on nanotechnology<br />
governance - Volume A. The Ro<strong>le</strong> of Government”.<br />
Il rapporto è frutto di un questionario inviato a 17 paesi<br />
(Australia, Brazil, Canada, China, Egypt, EU, France, Germany, India,<br />
Ireland, Italy, Japan, Korea, South Africa, Taiwan, UK and<br />
USA) tra i quali 11 hanno risposto (Canada, China, France, Germany,<br />
Ireland, Italy, Japan, South Korea, Taiwan, UK and USA). Il<br />
contributo italiano è stato fornito da Nanotec IT, il rapporto è disponibi<strong>le</strong><br />
sul sito web dell’IRGC.<br />
A seguito del<strong>le</strong> attività e analisi svolte, IRGC sta inoltre preparando<br />
un libro bianco sulla gestione dei rischi associati al<strong>le</strong> nanotecnologie<br />
(“Nanotechnology Risk Governance” white pa<strong>per</strong>), che è<br />
attualmente in fase di revisione.<br />
In questo contesto si colloca il convegno “The risk governance of<br />
nanotechnology: recommendations for managing a global issue”,<br />
nel qua<strong>le</strong> verranno presentati e discussi i risultati fino ad<br />
ora raggiunti dal progetto sul<strong>le</strong> nanotecnologie condotto dall’istituto.<br />
Tra i partecipanti rappresentati del<strong>le</strong> più importanti istituzioni internazionali<br />
dedicate al<strong>le</strong> nanotecnologie, e di numerose ed importanti<br />
Università ed imprese attive nel settore.<br />
NanotecIT parteci<strong>per</strong>à all’evento.<br />
Riferimenti<br />
http://www.irgc.org/irgc/projects/nanotechnology/<br />
Aspetti di Base e Funzionali di ibridi inorganiciorganici<br />
nanostrutturati<br />
Nel mese di Febbraio 2007 verrà organizzato una giornata di seminari<br />
dal <strong>Centro</strong> di Cultura <strong>per</strong> l’Ingegneria del<strong>le</strong> Materie Plastiche<br />
presso la sede di A<strong>le</strong>ssandria del Politecnico di Torino. I 7 partner<br />
del progetto FIRB “Aspetti di Base e Funzionali di ibridi inorganici-organici<br />
nanostrutturati” presenteranno i risultati ottenuti<br />
nel progetto.<br />
Seguiranno maggiori dettagli nel prossimo numero della news<strong>le</strong>tter.<br />
Contatti<br />
Alberto Frache, PhD.<br />
<strong>Centro</strong> di Cultura <strong>per</strong> l’ingegneria del<strong>le</strong> Materie Plastiche<br />
website: www.cdcmp.it<br />
E-mail: alberto.frache@polial.polito.it<br />
N O T I Z I E<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
37<br />
T
TN O T I Z I E<br />
38<br />
Eventi nanotech<br />
• Jun 19 - Jun21, 2006 - San Francisco, USA<br />
International Congress of Nanobiotechnology & Nanomedicine<br />
2006<br />
• Jun 20, Bologna, Italy<br />
Il Consiglio Europeo del<strong>le</strong> Ricerche: la ricerca di frontiera<br />
• Jun 22 - Jun 23, 2006 - Rome, Italy<br />
Segredifesa: III Simposio sul<strong>le</strong> tecnologie avanzate<br />
• Jun 27, 2006 - Rome, Italy<br />
Convegno internaziona<strong>le</strong> di studi sui profili scientifici, bioetici<br />
e biopolitici del<strong>le</strong> nanoscienze e<br />
del<strong>le</strong> nanotecnologie<br />
• Jun 27 - Jun 28, 2006 - Newcast<strong>le</strong>, UK<br />
NanoMed 2006<br />
• Jun 27 - Jun 28, 2006 - Tokyo, JAPAN<br />
International Dialogue on Responsib<strong>le</strong> Research and Development<br />
of Nanotechnology<br />
• Jun28 - Jun 29, 2006 - San Jose, USA<br />
The Venture Forum 2006<br />
• Jul 3 , 2006 - Rome, Italy<br />
Governing nanotechnology in Italy<br />
• Jul 16 - Jul 20, 2006 - Cincinnati-Ohio, USA<br />
IEEE-Nano2006<br />
• Jul 28 - Jul 31, 2006, Como, Italy<br />
Corrosion Modeling<br />
• Aug 27 - Sep 01, 2006 - Tolouse, France<br />
CANEUS 2006: International Conference on Micro-Nano Technology<br />
Development for Aerospace Applications<br />
• Aug 30 - Sep 01, 2006 - Korea<br />
NANO KOREA 2006<br />
• Sep 03 - Sep 08, 2006 - Grenob<strong>le</strong>, France<br />
TNT 2006 - Trends in nanotechnology 2006<br />
• Sep 03 - Sep 08, 2006 - Besancon, France<br />
5th European Technology Brokerage Event on Micro & Nanotechnologies<br />
• Sep 12 - Sep 14, 2006 - St.Gal<strong>le</strong>n, Switzerland<br />
NanoEurope 2006<br />
NEWSLETTER NANOTEC IT<br />
• Sep 20 - Sep 22, 2006 - Honolulu, Hawaii<br />
Multifunctional Nanocomposites 2006 Conference<br />
• Sep 27 - Sep 29, 2006 - Taiwan<br />
Nano Tech Taiwan 2006<br />
• Sep 27 - Sep 28, 2006 - Milano<br />
Nanoforum<br />
• Oct 10 - Oct 12, 2006 - Monaco<br />
Materialica 2006<br />
• Oct 30, Nov 11, 2006 - San Francisco, USA<br />
The 3rd International Congress of Nanotechnology (ICNT<br />
2006)<br />
• Nov 16 - Nov 17, Boston - USA<br />
NanoBiotech World Congress<br />
• Nov 19 - Nov 23, 2006 - Bari<br />
Materials Science and Materials Mechanics at the Nanosca<strong>le</strong><br />
conference<br />
• Nov 28 - Nov 30, 2006 - Cologne - Germany<br />
Nanosolutions 2006
1. NANOTEC IT NEWSLETTER<br />
Sulla News<strong>le</strong>tter sono riportate <strong>le</strong> notizie più importanti (disponibili anche su www.nanotec.it), quali risultati<br />
di ricerche ed applicazioni, eventi, corsi, iniziative di Nanotec IT e degli iscritti, articoli su tendenze<br />
e su risultati di ricerche, su politiche della ricerca, su prob<strong>le</strong>matiche connesse alla diffusione del<strong>le</strong> nanotecnologie.<br />
Tiratura: n. 1000 copie. Pubblicazione: giugno, dicembre.<br />
Destinatari (attivi o interessati al<strong>le</strong> nanotecnologie): industrie, istituti universitari, enti pubblici di ricerca,<br />
associazioni industriali e pubbliche amministrazioni.<br />
Gli ordini devono <strong>per</strong>venire a AIRI/Nanotec IT entro il 22 ottobre 2006 <strong>per</strong> il secondo numero.<br />
II e III di co<strong>per</strong>tina - <strong>per</strong> ogni numero<br />
1 pagina cm 20x29 € 800,00<br />
1/2 “ “ 20x14,5 € 500,00<br />
1/3 “ “ 20x7 € 350,00<br />
1/6 “ “ 10x7 € 200,00<br />
IV di co<strong>per</strong>tina - <strong>per</strong> ogni numero<br />
1 pagina cm 20x29 € 1.000,00<br />
1/2 “ “ 20x14,5 € 600,00<br />
1/3 “ “ 20x7 € 400,00<br />
1/6 “ “ 10x7 € 250,00<br />
2. SITO WEB (www.nanotec.it)<br />
Banner<br />
Dimensioni 150x50 pixel (o equiva<strong>le</strong>nti), risoluzione 200 dpi.<br />
12 mesi 1500,00 euro<br />
3 mesi 500,00 euro<br />
CAMPAGNA ABBONAMENTI<br />
LISTINO PREZZI [AL NETTO DI IVA 20%]
Rivista Italiana di Compositi<br />
e <strong>Nanotecnologie</strong><br />
(Materiali,Aerospazio,Tecnologie Speciali)<br />
Nasce la “Rivista Italiana di Compositi e <strong>Nanotecnologie</strong>, (Materiali, Aerospazio, Tecnologie<br />
Speciali)”.<br />
L’obiettivo è quello di creare uno strumento di divulgazione a carattere naziona<strong>le</strong> nell’ambito<br />
dei due argomenti in oggetto. Sia i Compositi avanzati che <strong>le</strong> <strong>Nanotecnologie</strong><br />
costituiscono attualmente due tra <strong>le</strong> tematiche di maggiore interesse nell’ambito della<br />
Ricerca e della Produzione Industria<strong>le</strong> italiana. Pertanto, con la pubblicazione di memorie<br />
tecnico/scientifiche si cercherà di fornire un quadro dettagliato, e scientificamente avanzato,<br />
del<strong>le</strong> attività che vengono svolte dal<strong>le</strong> Università, dagli Enti di Ricerca e dal<strong>le</strong> Industrie<br />
nazionali e internazionali. Ovvero, si verrà creare un punto di riferimento e un link<br />
tra tutti coloro che o<strong>per</strong>ano in tali settori.<br />
La rivista è rivolta anche agli studenti di materie scientifiche, qua<strong>le</strong> uti<strong>le</strong> compendio al<strong>le</strong><br />
attività di studio svolte all’interno dei rispetti Corsi di Laurea.<br />
La presenza della rivista nei Dipartimenti Universitari e nel<strong>le</strong> Aziende è uno degli obiettivi<br />
cardine della Rivista, inteso come lo sviluppo sia della Ricerca che del<strong>le</strong> collaborazioni<br />
possibili tra due settori che o<strong>per</strong>ano su tematiche molto vicine fra loro, ma spesso con<br />
obiettivi e metodologie differenti.<br />
I Compositi che <strong>le</strong> <strong>Nanotecnologie</strong> possiedono un carattere fortemente interdisciplinare,<br />
quindi la Rivista al suo interno conterrà del<strong>le</strong> memorie che descriveranno <strong>le</strong> attività di<br />
molti settori scientifici: ingegneria, fisica, chimica, biomedica, medicina, etc.<br />
La nascita e la diffusione della Rivista rappresenta un ulteriore arricchimento nel quadro<br />
della divulgazione scientifica naziona<strong>le</strong>. Ossia, un ponte idea<strong>le</strong> tra coloro che lavorano nei<br />
settori di interesse e coloro i quali desiderano avere un’informazione dettagliata e scientificamente<br />
valida.<br />
Le memorie pubblicate saranno di Autori nazionali e stranieri.<br />
La Rivista si allaccia al<strong>le</strong> attività didattiche del Master di Primo Livello in “Compositi e Nanotecnolgie<br />
<strong>per</strong> l’Aerospazio” della Scuola di Ingegneria Aerospazia<strong>le</strong> dell’Università degli Studi<br />
di Roma “La Sapienza” (Dipartimento di Ingegneria Aerospazia<strong>le</strong> e Astronautica).<br />
È possibi<strong>le</strong> abbonarsi alla Rivista inviando un bonifico bancario intestato a:<br />
ESAGRAFICA S.r.l.<br />
Via della Polveriera 12/13<br />
00184 Roma<br />
Istituto: San Paolo IMI<br />
CIN H<br />
ABI 01025<br />
CAB 03203<br />
CC n° 100000003239<br />
dandone cortesemente conferma tramite e-mail al Coordinamento Redaziona<strong>le</strong>.<br />
Nel sito www.saslab.it è possibi<strong>le</strong> trovare <strong>le</strong> informazioni di tutte <strong>le</strong> iniziate associate alla<br />
Rivista.<br />
Direttore della Rivista<br />
Prof. Mario Marchetti<br />
Coordinamento Redaziona<strong>le</strong><br />
Dott. Ing. Marco Regi, Ph. D.<br />
e – mail: marco.regi@uniroma1.it<br />
Dott. Ing. Luca Amantini<br />
e – mail: luca.amantini@uniroma1.it<br />
Tel. 06/44585953<br />
Fax. 06/44585670<br />
Stampata da:<br />
ESAGRAFICA s.r.l.
Nanotec IT - <strong>Centro</strong> <strong>Italiano</strong> <strong>per</strong> <strong>le</strong> <strong>Nanotecnologie</strong><br />
Nanotec IT è una struttura autonoma di AIRI creata nel 2003 con l’obiettivo primario di essere il punto di riferimento naziona<strong>le</strong><br />
<strong>per</strong> <strong>le</strong> nanotecnologie e contribuire a rendere più efficace ed efficiente l’impegno del Paese nel settore.<br />
Attività del <strong>Centro</strong>:<br />
Raccolta di informazioni sul<strong>le</strong> nanotecnologie sia a livello naziona<strong>le</strong> che internaziona<strong>le</strong><br />
Diffusione capillare del<strong>le</strong> informazioni raccolte<br />
Censimento dell’attività in Italia nel<strong>le</strong> nanotecnologie<br />
Elaborazione di documenti volti a far emergere <strong>le</strong> necessità del settore <strong>per</strong> rendere più efficace ed efficiente l’impegno Naziona<strong>le</strong><br />
nel settore.<br />
Promozione di contatti e collaborazioni <strong>per</strong> R&S tra imprese e tra imprese e istituzioni di ricerca.<br />
Organizzazione/promozione di convegni, seminari, iniziative di formazione <strong>le</strong>gati al<strong>le</strong> nanotecnologie.<br />
Partecipazione a progetti della UE e nazionali sul<strong>le</strong> nanotecnologie.<br />
Supporto al<strong>le</strong> PMI <strong>per</strong> la partecipazione a progetti di R&S nazionali e internazionali, in particolare europei.<br />
Iscritti a Nanotec IT:<br />
• A.P.E. Research<br />
• BREMBO<br />
• CNR - I.E.I.I.T. (Istituto di e<strong>le</strong>ttronica e di ingegneria dell’informazione e del<strong>le</strong> te<strong>le</strong>comunicazioni)<br />
• CNR - IFN (Istituto di fotonica e nanotecnologie)<br />
• CNR - ISMAC (Istituto <strong>per</strong> lo studio del<strong>le</strong> macromo<strong>le</strong>co<strong>le</strong>)<br />
• CNR - ISTM (Istituto di scienze e tecnologie mo<strong>le</strong>colari)<br />
• CNR - ISMN (Istituto <strong>per</strong> lo studio dei materiali nanostrutturati)<br />
• CNR - ITIA (Istituto di Tecnologie Industriali e Automazione)<br />
• CRF - <strong>Centro</strong> Ricerche FIAT<br />
• CSM - <strong>Centro</strong> Sviluppo Materiali<br />
• CRIM - Scuola Su<strong>per</strong>iore Sant’Anna (<strong>Centro</strong> di Ricerche in Microingegneria)<br />
• CTG - <strong>Centro</strong> Tecnico di Gruppo - Italcementi<br />
• DE NORA Tecnologie E<strong>le</strong>ttrochimiche<br />
• GRINP<br />
• INSTM (Consorzio Interuniversitario Naziona<strong>le</strong> <strong>per</strong> la Scienza e Tecnologia dei Materiali)<br />
• ENEA - Dipartimento Materiali e Nuove Tecnologie (Ente <strong>per</strong> <strong>le</strong> Nuove tecnologie, l’Energia e l’Ambiente)<br />
• ENITECNOLOGIE<br />
• INFN (Istituto Naziona<strong>le</strong> di Fisica Nuc<strong>le</strong>are)<br />
• ITC-IRST - <strong>Centro</strong> <strong>per</strong> la ricerca scientifica e tecnologica<br />
• PIRELLI LABS<br />
• SAES GETTER<br />
• SELEX SISTEMI INTEGRATI<br />
• SERVITEC<br />
• STMICROELECTRONICS<br />
• TEXCLUBTEC<br />
• VENETO NANOTECH<br />
L’iscrizione a Nanotec IT è a<strong>per</strong>ta tutti coloro che sono impegnati nel<strong>le</strong> nanotecnologie, o contano di farlo, ma anche a coloro<br />
che sono interessati a mantenersi aggiornati circa gli sviluppi di questo settore.<br />
AIRI- Associazione Italiana <strong>per</strong> la Ricerca Industria<strong>le</strong><br />
Nata nel 1974 <strong>per</strong> promuovere lo sviluppo della ricerca e dell’innovazione industria<strong>le</strong> e la collaborazione tra ricerca industria<strong>le</strong><br />
e ricerca pubblica, AIRI (associazione senza scopo di lucro) rappresenta oggi non solo un essenzia<strong>le</strong> punto di confluenza<br />
<strong>per</strong> più di 110 soci (aziende pubbliche e private, enti pubblici di ricerca, associazioni industriali ed istituti finanziari che si occupano<br />
di ricerca applicata), ma è soprattutto espressione diretta di circa 22.000 addetti alla R&S nel<strong>le</strong> imprese e di circa<br />
13.000 addetti degli enti pubblici di ricerca.<br />
Molti eventi e pubblicazioni rappresentano il contributo che AIRI, dalla sua istituzione, ha fornito all’approfondimento di<br />
prob<strong>le</strong>mi di politica e gestione della ricerca , così come molte sono <strong>le</strong> analisi e <strong>le</strong> proposte <strong>per</strong> lo sviluppo della ricerca e<br />
dell’innovazione. Particolare attenzione è stata data da sempre al<strong>le</strong> prob<strong>le</strong>matiche del<strong>le</strong> PMI, anche <strong>per</strong> la introduzione<br />
di innovazioni tecnologiche e organizzative, <strong>per</strong> attivare <strong>le</strong> collaborazioni fra imprese e ricerca pubblica, <strong>per</strong> la partecipazione<br />
a programmi di ricerca nazionali e comunitari.<br />
Per maggiori informazioni:<br />
NANOTEC IT - c/o Airi - Via<strong>le</strong> Gorizia 25/c - 00198 Roma - tel. 068848831 - 068546662 - fax 068552949<br />
info@nanotec.it – www.nanotec.it