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INNOVAZIONE
approfondimenti
Ottobre 2014
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Automazione e Strumentazione
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delle acque, i nanomateriali con proprietà bar-
riera, i catalizzatori ad altissima efficienza, i
nuovi materiali per le industrie tessili.
Nanoelettronica
L’elettronica e l’ICT sono state la principale
forza trainante della nanotecnologia per la loro
intrinseca vocazione alla
miniaturizzazione
.
In questo campo la sfida è l’ulteriore riduzione
delle scale dimensionali e dei consumi energe-
tici, cercando di comprendere le leggi fisiche che
sono alla base delle nanostrutture.
Alcuni prodotti elettronici derivanti dalle nano-
tecnologie sono già disponibili sul mercato quali,
ad esempio, memorie non volatili, sistemi PC
miniaturizzati, display a basso consumo, semi-
conduttori, processori di nuova generazione,
sensoristica. Tali dispositivi fruiscono di
super-
fici nanostrutturate
per immagazzinare dati ad
altissima densità o nanopolveri con proprietà di
protezione contro radiazioni UV o per realizzare
rivestimenti e vernici.
Si possono individuare diversi approcci nel pro-
gettare e realizzare nanostrutture elettroniche.
Nell’approccio detto
top down
si assiste all’e-
voluzione dei metodi di scaling verso dimensioni
caratteristiche submicrometriche. Tali metodolo-
gie sono state sviluppate a livello microelettro-
nico introducendo nuovi criteri di scaling nella
tecnologia CMOS, nuovi materiali, sviluppo di
strutture avanzate MOSFET. Nell’approccio
top down occupano un ruolo centrale i disposi-
tivi che contengono una struttura monodimen-
sionale come quella su cui sono basati i transi-
stori ad effetto di campo a nanotubo di carbonio
(CNTFET).
I materiali innovativi impiegati nei nanotubi
offrono due importanti vantaggi rispetto ai mate-
riali impiegati nella realizzazione di sistemi
convenzionali a stato solido: maggiore mobilità
e trasporto balistico degli elettroni. Concettual-
mente i
nanotubi di carbonio
(CNT) si compor-
tano come guide d’onda a singolo elettrone. Sco-
perti nel 1985 dal chimico americano Richard E.
Smalley, i CNT sono strutture ordinate di forma
sferica costituite da atomi di carbonio. Tali strut-
ture, dopo un successivo rilassamento, tendono
ad arrotolarsi su sé stesse, ottenendo la tipica
struttura cilindrica. A grandi linee si possono
suddividere in
SWCNT
(Single-Walled Carbon
NanoTube), coppia di nanotubi a parete singola
costituiti da un singolo foglio grafitico avvolto su
sé stesso, e in
MWCNT
(Multi-Walled Carbon
NanoTube), nanotubi a parete multipla formati
da più fogli avvolti coassialmente uno sull’altro.
Bio-nanotecnologia e nanomedicina
I sistemi biologici possono essere considerati dei
perfetti dispositivi nanostrutturati. Le biomole-
cole possiedono una morfologia altamente speci-
fica con funzioni complesse che in qualche modo
costituiscono il modello a cui le nanotecnologie
devono rifarsi. In questo campo le potenziali
applicazioni potrebbero effettivamente rivoluzio-
nare il mondo della medicina e della farmaceu-
tica. Si candida ad essere una delle applicazioni
più importanti quella dello
studio di farmaci dal
rilascio controllato
nel tempo (drug delivery
system). La sfida è quella di individuare farmaci
che aumentino al massimo la propria efficienza
diminuendo per contro gli effetti indesiderati.
Le nanotecnologie sono già utilizzate nei dispo-
sitivi di diagnostica. L’uso dei
quantum dots
e
di
molecole sintetiche traccianti
per immagini
diagnostiche è in atto da tempo.
Ulteriori promettenti sperimentazioni in nano-
biotecnologia e nanomedicina riguardano nuove
e più efficienti formulazioni farmaceutiche,
sistemi di diagnostica e analisi di tipo genetico,
bioelettronica, protezioni contro agenti biologici,
rivestimenti antibatterici.
Non ultime le applicazioni a livello medico-
elettronico. Le molecole intelligenti potrebbero
ad esempio essere integrate in dispositivi elettro-
nici e quindi entrare nel campo delle applicazioni
ICT.
Energia e ambiente
La produzione e la conservazione dell’energia
possono beneficiare di nuove celle a combu-
stibile, di batterie di concezione avanzata o di
nuovi
solidi nanostrutturati
in grado di garan-
tire un efficiente immagazzinamento dell’idro-
geno. Sono inoltre in fase di sviluppo
celle solari
fotovoltaiche
a basso costo basate su nanomate-
Nanostruttura per indagini in
medicina