nanocomposito

nanocomposito

nanocompòsito s. m. – Materiale costituito da più fasi in intimo contatto tra loro, almeno una delle quali presente sotto forma di particelle di dimensione nanometrica (1÷100 nm), e dotato di proprietà superiori (meccaniche, ottiche, elettriche, catalitiche, ecc.) rispetto ai singoli componenti. In quest'ampia definizione rientrano materiali molto diversi tra loro per composizione chimica, tipo di struttura nano- e microscopica e natura delle interazioni tra le diverse fasi. Così, sono tipici materiali n. i sistemi costituiti da una matrice estesa, non nanometrica, nella quale siano disperse nanoparticelle  di un altro materiale (in alcune classificazioni il termine è limitato a questi casi), ma anche materiali costituiti da due fasi formate entrambe da entità nanometriche o, ancora, i nuovi materiali ibridi organico-inorganici (v. oltre). Nel primo caso, la matrice può essere costituita da un materiale ceramico, da un metallo o da un polimero, e il materiale in essa disperso come fase nanometrica può essere a sua volta un metallo, un ceramico, un silicato, un nanomateriale quale i nanotubi di carbonio, e così via. L'elemento caratteristico di un materiale n., che lo distingue dai compositi tradizionali (microcompositi e macrocompositi), è rappresentato dall'elevato sviluppo superficiale della fase o delle fasi nanometriche, e quindi dalla elevata superficie di contatto tra le due fasi: l'interazione tra i diversi componenti si gioca sulla scala del nanometro e le proprietà macroscopiche del materiale ne risultano significativamente alterate. Un esempio di materiale n. interamente ceramico è quello costituito da una matrice di ossido di alluminio (Al₂O₃) contenente nanoparticelle di carburo di silicio (SiC), la cui resistenza a rottura è oltre il doppio del corrispondente microcomposito; molti n. a base di ossidi con fase nanodispersa di tipo metallico sono efficaci come catalizzatori; l'allumina contenente nanotubi di carbonio mostra interessanti proprietà meccaniche ed elettriche. Tra i materiali metallici, il ferro contenente le fasi nanometriche carburo Fe₂₃C₆ e boruro Fe₃B e l'alluminio contenente SiC hanno proprietà meccaniche migliori dei normali compositi. Amplissima è la gamma di materiali n. a base polimerica: i polimeri di base possono essere, per es., poliesteri, polistirene, polipropilene, poliammidi, mentre come nanofasi disperse le più comuni sono i silicati di tipo argilloso, che formano degli strati all'interno dei quali è intercalato il polimero, i nanotubi di carbonio, ceramici come SiC, e così via. Per es., il nylon-6 con incorporati strati di montmorillonite ha proprietà meccaniche molto superiori alla fibra tradizionale. I n. a matrice polimerica rientrano nella importante categoria di materiali nei quali una fase è inorganica e l'altra organica. Per questi materiali si è andata imponendo la denominazione di materiali ibridi o nanoibridi, come specificazione ulteriore del termine n. o anche in sostituzione a esso. La modalità con cui la fase inorganica e la fase organica interagiscono per risultare intimamente connesse può essere di diverso tipo, andando dalla debole interazione fisica (forze elettrostatiche, di van der Waals), a veri e propri legami chimici (in alcune classificazioni, i termini ibrido e nanoibrido sono riservati a quest'ultimo caso, nel quale si arriva a perdere la chiara distinzione tra le due fasi). Molti di questi materiali sono costituiti da un reticolo inorganico microporoso (per es., un materiale a base silicea sintetizzato, con diametro dei pori minore di 20 nm) nel quale sono presenti anche molecole organiche che possono legarsi al reticolo inorganico mediante legami chimici forti. A differenza dei materiali microporosi tradizionali, nei quali la molecola organica è semplicemente ospitata all'interno delle cavità del reticolo inorganico, nei n. ibridi il componente organico, legato mediante interazioni covalenti, può diventare parte del reticolo stesso, costituendo nell'insieme un . Con lo sviluppo delle tecniche di progettazione, sintesi e caratterizzazione dei materiali nanobridi si è aperta la strada alla preparazione di una classe completamente nuova di materiali dotati di proprietà speciali. L'interesse verso i materiali n. e ibridi ha subito un grande impulso nel primo decennio del 21° sec., e si prevede che l'impatto tecnologico e commerciale di questi materiali sarà estremamente rilevante nei decenni a venire nei settori dei materiali strutturali, dei catalizzatori, dell'elettronica, della sensoristica, dei dispositivi biomedici, degli imballaggi e così via.