Tecniche innovative per nanomateriali su misura
In virtù delle loro dimensioni estremamente ridotte, i materiali nanostrutturati rappresentano gli elementi chiave per la fabbricazione di dispositivi complessi con funzioni personalizzate. Una volta modificati dal punto di vista fisico o chimico, i materiali nanostrutturati si prestano perfettamente a essere utilizzati in vari campi, come il settore elettronico ed energetico. Nell’ambito del progetto NANEL (Functional ordered nanomaterials via electrochemical routes in non-aqueous electrolytes), un team internazionale di ricercatori ha utilizzato sali fusi e liquidi ionici a temperatura ambiente al posto di soluzioni acquose per la funzionalizzazione dei nanomateriali. Utilizzando soluzioni non acquose, alcuni materiali presentano una serie di vantaggi importanti. Tra questi meritano un’attenzione particolare sostanze che non sono stabili in acqua o che non possono essere sottoposte a elettrodeposizione a causa di una finestra elettrochimica di acqua relativamente stretta. Il gruppo di lavoro ha sviluppato con successo ossidi anodici porosi funzionali, tra cui l’allumina e la titania, partendo da un’analisi approfondita delle modalità di formazione di modelli nanoporosi altamente ordinati e da uno studio dei meccanismi di elettrodeposizione di elettroliti non acquosi. Nel corso di una prima dimostrazione, sono stati depositati ioni di liquidi ionici su un modello di allumina poroso coltivato su un substrato di alluminio senza una completa rimozione dello strato di barriera. Un’attività importante consisteva nella modellazione e nella simulazione della nucleazione elettrochimica, nonché nella crescita di varie nanostrutture. Un nuovo modello basato su reazioni e trasporti multi-ionici ha consentito ai ricercatori di descrivere i fenomeni che avvengono durante la deposizione degli ioni. Trattamenti appropriati a temperature prossime al punto di fusione hanno consentito di trasformare i nanofili metallici nei precursori dei nanofili di semiconduttori. Il comportamento alla fusione delle strutture metalliche nei modelli degli ossidi rappresenta dunque un importante parametro di riferimento per il successivo processo di conversione. Per questo motivo, i ricercatori hanno studiato in modo più approfondito l’effetto dello stress meccanico generato durante il riscaldamento sul punto di fusione dei nanofili di metallo depositati sui pori di allumina. Dalle ricerche condotte è emerso uno stress di compressione locale estremamente elevato dovuto alle differenze in termini di coefficiente termico del modello a base di ossidi e dei nanofili all’interno dei pori. Un altro traguardo raggiunto nell’ambito dell’iniziativa consisteva nella sintesi di nanoparticelle di ossidi magnetici e di composti di solfuro misto rispettivamente per i sensori e le celle solari. I risultati progettuali sono stati presentati non solo mediante pubblicazioni su 16 riviste verificate da esperti indipendenti, ma anche nel corso di numerose conferenze internazionali. È stato inoltre organizzato un workshop congiunto finalizzato alla divulgazione delle attività progettuali che ha promosso il rafforzamento dei collegamenti tra i ricercatori.
Parole chiave
Nanomateriali, nanomateriali funzionali, elettrochimico, acquoso, elettroliti