Le nanotecnologie danno vita a nuovi sensori fotonici e di gas
Diversamente dai materiali sfusi (“bulk”), le proprietà dei nanomateriali dipendono spesso dalla loro forma e dimensione e ciò è dovuto alla presenza di un elevato numero di atomi sulla superficie. Durante la sua preparazione, un materiale può assumere varie nanoforme (nanoparticelle, nanofili, nanostrisce o nanotubi) e dimensioni. Questi materiali possono anche presentare strutture e composizioni con caratteristiche decisamente diverse da quelle delle controparti sfuse. Il progetto NPS4FM (Nanomaterial photonic sensors for food manufacturing), finanziato dall’UE, ha esplorato la possibilità di nuovi utilizzi dei nanomateriali come sensori destinati a numerose applicazioni. Attraverso una tecnica di ablazione laser nei liquidi, gli scienziati sono stati in grado di preparare nanostrutture di diossido di stagno, ossido di zinco (ZnO), ossido di cadmio (CdO) e solfuro di cadmio (CdS) con varie morfologie. In alcuni casi, il team ha applicato l’ingegneria delle superfici per aggiungere uno strato di passivazione in grado di proteggere i materiali dalla corrosione. Grazie all’utilizzo di tecniche di irradiazione laser di soluzioni di precursori liquidi, gli scienziati sono riusciti a sintetizzare nanofili di CdS ramificati con un diametro di 24 nm e nanoscatole di CdS quasi monocristalline, che rappresentano i sistemi di CdS più piccoli creati finora. In virtù della loro unicità morfologica, di un’ampia area superficiale e della presenza di faccette ad alta energia, queste nanostrutture si adattano perfettamente ai fotocatalizzatori. La peculiare morfologia e l’orientamento della cristallite dei nanofiocchi di CdS e CdO sono stati sapientemente sfruttati per creare nuovi sensori di gas caratterizzati da un’elevata sensibilità e selettività rispetto all’isopropanolo e all’etere dietilico. I ricercatori hanno anche sviluppato una ceramica porosa di carburo di silicio che potrebbe essere impiegata per la costruzione di sensori di gas o supporti catalitici. Grazie all’adozione di un semplice metodo di sintesi monofase, gli scienziati hanno prodotto vari nanocristalli di ZnO e drogati con ZnO con dimensioni sensibilmente inferiori a 10 nm e una distribuzione dimensionale uniforme. Il team ha dimostrato l’elevata adattabilità di questo nuovo metodo, che offre opportunità in termini di produzione di vari nanocristalli che, in seguito a un trattamento in un nuovo solvente, potranno essere efficacemente utilizzati come inchiostri per procedure di rivestimento per rotazione (spin-coating) o dispositivi di stampa. Dopo una serie di esprimenti con i punti quantici di carbonio, gli scienziati sono riusciti a controllare per la prima volta le proprietà di questi materiali in termini di emissioni. Grazie all’applicazione di particolari tecniche di ingegneria delle superfici, il team è stato in grado di ottenere una luminescenza di colore rosso, blu e verde da queste strutture. La facilità di preparazione e le straordinarie funzioni ottiche fanno di queste nanoparticelle materiali estremamente utili per i diodi a emissione luminosa, i display a colori e la biommaginografia multiplexata. Nell’ambito del progetto NPS4FM è stata eseguita con successo la sintesi di numerosi nanomateriali che potrebbero avere importanti risvolti nel settore industriale. Le attività e i risultati sperimentali all’avanguardia dell’iniziativa sono stati pubblicati su riviste soggette alla valutazione di esperti.
Parole chiave
Sensori fotonici, elettronica stampata, nanomateriali, NPS4FM, sensori di gas, punti quantici di carbonio
