Membrane a Nanotubi di Carbonio per Propulsione Primaria Spaziale ad Elevate Prestazioni (CLIPPER)
Nanotecnologie: cosa sono e quali prospettive offrono alla...
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Nanotecnologie: cosa sono e quali prospettive offrono alla conoscenza e alla società Le sorprendenti proprietà della materia a livello nanometrico e le loro applicazioni tecnologiche Fabrizio Pirri Politecnico di Torino Istituto Italiano di Tecnologia
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Nanotecnologie:
cosa sono e quali prospettive
offrono alla conoscenza e alla società
Le sorprendenti proprietà della materia a livello nanometrico e
le loro applicazioni tecnologiche
Fabrizio PirriPolitecnico di Torino
Istituto Italiano di Tecnologia
exa- Em 1018 1,000,000,000,000,000,000 ….
peta- Pm 1015 1,000,000,000,000,000 ...
tera- Tm 1012 1,000,000,000,000 ...
giga- Gm 109 1,000,000,000 miliardo
mega- Mm 106 1,000,000 milione
kilo- km 103 1,000 migliaia
metro m 100 1 uno
deci- dm 10-1 1/10 decimo
centi- cm 10-2 1/100 centesimo
milli- mm 10-3 1/1,000 millesimo
micro- mm 10-6 1/1,000,000 milionesimo
nano- nm 10-9 1/1,000,000,000 miliardesimo
pico- pm 10-12 1/1,000,000,000,000 .....
femto- fm 10-15 1/1,000,000,000,000,000 ......
atto- am 10-18 1/1,000,000,000,000,000,000 .......
Nano.... Cosa vuol dire nano?
Cosa troviamo se cerchiamo a 1 nanometro?
10-8 metri Il DNA
10-9 metri 1 nm
Gli atomi
10-10 metri
La nube elettronica
1 centimetro Le pliche cutanee1 metro La scala dei rapporti umani
10-5 metri Un globulo bianco
Se facciamo la stessa cosa con un computer
1 metro: il computer 1 decimetro: le schede 1 centimetro: i circuiti integrati
1 millimetro 1 micrometro:le piste e i transistors
100 nanometrile porte dei transistor
180 nm
10 nanometrii più piccoli transitors mai fatti
1.2 nm
1 nanometrogli ossidi di gate
0.1 nanometrogli atomi
Cos’è la nanoscienza?La nanoscienza è lo studio delle proprietà della materia su
scale nanometriche (pochi atomi)
Scienza interdisciplinare
…. e la nanotecnologia?
La nanotecnologia è la creazione e l’uso di materiali,
dispositivi e sistemi attraverso il controllo della materia
su scale nanometriche
Cosa cambia ? Passando da scala macroscopica a
nanometrica cambiano i rapporti tra le
intensità delle interazioni
Quando ci avviciniamo alla scala atomica
la fisica quantistica diventa dominante e
gioca un ruolo in tutti i fenomeni che vi
avvengono
Il nostro senso comune non funziona più
quando entriamo nel nanomondo
… ma come siamo arrivati a questo ?...
Effetti quantistici
"I don't like it, and I'm sorry I ever had anything to do with it.” - Erwin Schrodinger
"I think that I can safely say that nobody understands quantum mechanics.” - Richard Feynman
Meccanica quantistica (1900-1930)
Evoluzione partita nel 1947 con
l’invenzione del transistor
Primo transistor planare 1959764 µm
SiO2
N+
P
N-type silicon
Al contact Primo circuito integrato1961
29 dicembre 1959 - Feynman tiene un famoso discorso
al CALTECH
Richard Feynman: una felice intuizione
"Ciò di cui voglio parlare è il problema di manipolare e
controllare le cose su una piccola scala. […] Quando nel 2000 la
gente guarderà indietro, si chiederà perché si sia arrivati al 1960
prima di muoversi seriamente in questa direzione. Ma non mi
spaventa affrontare anche la questione finale, cioè se - in un
lontano futuro - potremo sistemare gli atomi nel modo in cui
vogliamo; proprio i singoli atomi, al fondo della scala! […]“
SEGUONO GLI ANNI DELLA RIVOLUZIONE IN MICROELETTRONICA
Binning e Rohrer: “vedere gli atomi”
Binning e Rohrer (Nobel 1986)
Spostare gli atomi con l’STM (1990)
Intelligenza:
dove vogliamo arrivare?
Cervello umanocirca 100 miliardi di neuroniPotenza consumata 20W
1999 1000 milioni op./s2008 10 miliardi op./s
( 1 miliardo di transistor) Potenza 130W
BOTTOM UP
1
0.1
0.01
Cri
tic
al d
ime
ns
ion
(µ
m)
1980 1990 2000 2010 2020 2030
0.001
TOP DOWN
.8µm0.5µm
0.35µm0.25µm
0.18µm0.13µm
90nm
10nm
la natura!!!!!
Rich Smalley: il padre delle nanotecnologie
Smalley (Nobel 1996)
Dai fullereni ai nanotubi di carbonio (1991)
Nanodispositivi basati sul bottom-up:
Nanotubi di carbonio
Dai nanotubi di carbonio al grafene (2004)
Cosa stiamo facendo con le nanotecnologie ?
……dove stiamo andando ?
Lab-On-Chip
LAB-ON-A-CHIP
Integration with
Sensors
Genomics Cell Analysis Water Monitoring
Chemical
Reactors
Energy (Fuel Cells,
DSSC)
Laboratori miniaturizzati … consumer ?
Terapia: nanoparticelle
liposomiche con superfici
selettive
Distruzione controllata di cellule tumorali
Food control Control of industrial processes
Water monitoring
Monitoring of extraction
sites and pipelines
Environmental monitoring and exploration
Nanotech e tessile
Tessuti intelligenti
(Filati conduttori)
Monitoraggio parametri vitali
Robotics ... why not wearable robotics?
Characteristics:
biomimetic
“soft”
user friendly
Applications:
enhancing human performances
(e.g. helping astronauts overcome EVA glove stiffness)
helping elderly (and other people with physical and
neuromuscolar deficits) handle objects
compensating tremors (as Parkinson, essential tremors, etc.)
interfacing with other electronic or robotic devices
NP APPLICAZIONI
A titolo di esempio, concentriamoci sui nanotubi di carbonio (CNT) e le loro
(possibili) applicazioni
Sono state proposte applicazioni per i CNT da soli o miscelati con altre
sostanze, sia a livello microscopico che macroscopico
In rinforzo ad altri materiali - in polimeri
- in calcestruzzi
- …….
MICROBIAL FUEL CELLS
Mimare sistemi viventi per produrre energia
BIO-ENERGY BIOELECTROCHEMICAL CELLS
to power off-grid portable devices
Dove si fanno le nanotecnologie ?
Grazie per l’attenzione
http://shr.iit.it/http://www.polito.it/micronanotechhttp://www.latemar.polito.it/
The key to paradise
Actual size
Nan°art project, www.nanoarte.it
