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ERC

INSITUNANO Risultato in breve

Project ID: 279342
Finanziato nell'ambito di: FP7-IDEAS-ERC
Paese: Regno Unito

I cristalli presentano il futuro dei nanomateriali

Il progetto INSITUNANO, finanziato dall’UE, mira a liberare il potenziale di nuovi nanomateriali fornendo indicazioni circa le modalità di crescita di queste risorse e le possibilità di promozione di tale crescita e di utilizzo dei materiali all’interno di nuovi dispositivi.
I cristalli presentano il futuro dei nanomateriali
Un team operativo presso l’Università di Cambridge, nel Regno Unito, si è servito delle più recenti tecniche di metrologia in-situ per illustrare la crescita dei materiali su scala nanometrica. Fornendo nuove informazioni su questi materiali su una scala non più dimensionalmente ridotta, dove si assiste a un cambiamento radicale del comportamento, il progetto INSITUNANO mira a risolvere una delle principali strozzature che ostacolano una più vasta adozione di questi materiali da parte del settore industriale.

“Sebbene sia disponibile un’enorme quantità di materiali straordinari, la carenza di conoscenze basilari non ci consente ancora di creare nuovi prodotti a partire da queste risorse,” afferma Stephan Hofmann, coordinatore del progetto e docente di nanotecnologie presso l’Università di Cambridge. “Se vogliamo integrare i nuovi materiali e produrli in modo affidabile, dobbiamo necessariamente scoprire in che modo si sviluppano.”

Il team ha saputo valorizzare a pieno gli sviluppi emergenti nel settore della metrologia, che comprende microscopia elettronica a trasmissione e a scansione ambientale e spettroscopia fotoelettronica a raggi X ad alta pressione, ai fini della registrazione in situ della crescita, atomo dopo atomo, di materiali quali nanotubi di carbonio, nanofili semiconduttori e materiali bidimensionali come il grafene. I filmati ottenuti, descritti dal prof. Hofmann come “un’intuizione geniale”, non solo rappresentano un ottimo strumento divulgativo durante le conferenze, ma hanno anche rivelato modelli di crescita del tutto nuovi. “La straordinaria efficacia della microscopia elettronica a trasmissione ambientale dei nanofili ci ha consentito di accrescere enormemente le conoscenze sulle modalità di sviluppo e di controllo della nucleazione di questi materiali,” afferma il prof. Hofmann. Come descritto in un articolo pubblicato a marzo 2016 su Nature, ciò potrebbe aprire nuovi percorsi relativi all’ingegneria delle fasi cristalline o alla creazione di nanofili su misura, che rappresenterebbero un passo avanti importante per la scienza dei materiali.

Una priorità anche per il settore industriale

La conoscenza non è materia a uso e consumo esclusivo degli scienziati. Una caratterizzazione e un controllo ottimizzati rappresentano una priorità anche per i produttori che intendono integrare nuovi nanomateriali nei propri dispositivi. “In virtù di un legame estremamente forte tra struttura e proprietà, i nanomateriali richiedono un elevato livello di controllo – spiega il prof. Hofmann – e attualmente la produzione su larga scala non offre questa possibilità.”

Una delle priorità per il progetto INSITUNANO consisteva nel colmare il divario tra ricerca fondamentale e condizioni da individuare nella produzione in serie. Nel caso del grafene, un nanomateriale estremamente promettente per il settore industriale, il team ha adottato tecniche a raggi X avanzate non solo per controllarne la crescita, ma anche per studiarne le modalità di interfacciamento. “Si trattava ad esempio di studiare la crescita di questo materiale su specifiche superfici o di analizzare i cambiamenti delle superfici esterne in caso di esposizione all’aria”, afferma il prof. Hofmann. “I produttori devono riuscire a comprendere il livello di stabilità dei materiali in specifici ambienti tentando, ad esempio, di capire se è necessario creare ambienti sotto alto vuoto o è possibile cavarsela anche con condizioni atmosferiche non sterili”.

Il meccanismo dell’adesività del geco

Il team ha utilizzato i risultati dei lavori condotti per lo sviluppo diretto di dispositivi riservati a casi specifici, compreso lo studio delle prestazioni di anodi nanostrutturati nelle batterie agli ioni di litio. I ricercatori hanno progettato nuove strutture adesive a secco, basate su dense foreste di nanotubi di carbonio in grado di riprodurre i cuscinetti adesivi sulla faccia palmare delle dita dei gechi che consentono a questi animaletti di correre a testa in giù su un soffitto.

Il progetto ha inoltre studiato l’integrazione dei cristalli in nuove architetture di dispositivi utilizzandoli come materiali di base per le fasi successive. “Ciò che ci entusiasma maggiormente è il numero sempre crescente di nuovi materiali destinati alla creazione di dispositivi – dice il prof. Hofmann – che dobbiamo imparare a costruire e a combinare con i materiali esistenti. L’adozione di questo approccio in-situ ci consente di dare una sbirciata al futuro.”

Keywords

INSITUNANO, metrologia in-situ, nanotecnologia, nanomateriali, formazione di cristalli, nanofili, nanotubi, nanotubi di carbonio, integrazione dei nanomateriali, biomimetica, adesivi a secco
Numero di registrazione: 198733 / Ultimo aggiornamento: 2017-05-26