Nanoparticelle: caratteristiche e metodologie di ottenimento
Le nanoparticelle sono particelle di dimensioni microscopiche inferiori a 100 nm che svolgono un ruolo cruciale nel campo delle nanotecnologie, fungendo da ponte tra i materiali e la struttura atomica e molecolare.
Indice Articolo
Le nanoparticelle possono essere classificate in tre categorie principali: inorganiche, organiche e ibride.
Ottenimento delle nanoparticelle
Per produrre le nanoparticelle, vengono impiegate diverse metodologie:
1.
Metodi meccanici
: tra cui la tecnica del ball-milling, che comporta la macinazione delle polveri di un materiale fino a raggiungere dimensioni nanometriche.2.
Metodi chimici
: che si basano sulla precipitazione di un solido da una soluzione o sulla conversione di una dispersione colloidale in un corpo gelatinoso tramite la tecnica sol-gel. Questo approccio consente di ottenere materiali partendo da precursori in fase liquida.3.
Metodi di sintesi ad alta temperatura
: che includono tecniche come evaporazione-condensazione, aerosol e sintesi in fiamma.Proprietà delle nanoparticelle
Le proprietà fisiche e chimiche delle nanoparticelle derivano dall’organizzazione atomica e molecolare in modo complesso, conferendo caratteristiche uniche. Le proprietà elettriche, ottiche e la reattività chimica delle nanoparticelle differiscono da quelle dei materiali a maggiore scala. È necessario ricorrere a modelli quantomeccanici avanzati per prevederne l’evoluzione.
Su scala nanometrica, le interazioni tra le particelle sono dominante da forze come Van der Waals, interazioni polari ed elettrostatiche, e interazioni covalenti. La viscosità e polarizzabilità del fluido influenzano l’aggregazione delle particelle.
La conoscenza delle forze di interazione e delle interazioni nanoparticelle-fluido è fondamentale per comprendere i processi fisici e chimici che coinvolgono le nanoparticelle. Parametri come l’energia superficiale, la carica e la solvatazione sono cruciali per analizzare il comportamento delle nanoparticelle.
Le forze di interazione, che includono attrazioni e repulsioni, determinano il destino e il comportamento delle nanoparticelle nel contesto delle diverse applicazioni in ambito biomedico, ottico ed elettronico.Il comportamento delle nanoparticelle è influenzato dalle loro caratteristiche individuali e dagli effetti della loro aggregazione. Le proprietà fisiche delle nanoparticelle sono differenti rispetto ai materiali su scale macroscopiche, ad esempio il colore delle nanoparticelle di oro è rosso e fondono a temperature inferiori rispetto all’oro convenzionale.
Le nanoparticelle tendono a formare sospensioni a causa dell’interazione elevata tra la superficie delle particelle e il solvente, permettendo loro di mantenersi in sospensione pur avendo densità differenti.
Caratterizzazione delle nanoparticelle
Per comprendere appieno il comportamento e le potenzialità delle nanoparticelle è essenziale procedere con la loro caratterizzazione, un processo diverso rispetto alla caratterizzazione dei materiali convenzionali. I principali parametri necessari per caratterizzare le nanoparticelle includono l’area superficiale, la solubilità, la distribuzione delle dimensioni delle particelle, l’aggregazione, l’analisi della superficie idratata, il potenziale zeta, la bagnabilità, il potenziale di assorbimento, la forma e le dimensioni della superficie interattiva.
Tecniche di caratterizzazione
La caratterizzazione delle nanoparticelle richiede l’impiego di diverse tecniche avanzate, tra cui la microscopia elettronica a scansione SEM, la microscopia elettronica a trasmissione TEM, la microscopia a forza atomica AFM, la dynamic light scattering LDS, la diffrazione dei raggi X, la spettroscopia di fotoelettroni e la risonanza magnetica nucleare. Queste metodologie consentono di ottenere informazioni dettagliate sulle proprietà e sul comportamento delle nanoparticelle a scala nanometrica.
