Nanoscienze

Le nanoscienze sono lo studio della materia alla scala nanometrica (miliardesimo di metro); le nanotecnologie sono la creazione e l’uso di materiali, di dispositivi e di sistemi attraverso il controllo della materia su scale nanometriche.

Da parecchi anni la ricerca nel settore delle microtecnologie procede a grandi passi ed i suoi effetti sono ormai evidenti e consolidati in molti settori. Molte di queste tecnologie, prime fra tutte quelle connesse con l'elettronica, si sono inserite in applicazioni e in attività tecnicamente lontane, anche quelle più resistenti a forme di innovazione. La tendenza alla diminuzione di scala non si è comunque conclusa e in questi anni si assiste ad una nuova e forte espansione. La miniaturizzazione ha ormai raggiunto limiti impensati arrivando su scale dove si contano le singole molecole e i singoli atomi. Su queste scale nanoscopiche si scoprono le sorprendenti proprietà della fisica quantistica, per cui la materia presenta “caratteristiche insolite” non riscontrabili su scala macroscopica.

Una percentuale consistente del mondo dei nanosistemi è rappresentata da dispositivi in cui si impiegano le tecnologie derivanti dalla microelettronica, spinte sino alla scala nanometrica, per ottenere funzionalità elettroniche, ottiche, fluidiche, meccaniche integrate, da applicarsi a campi diversissimi che vanno dalla microelettronica, alle telecomunicazioni, alla sensoristisica, al tessile, al settore ambientale e biologico. In tutte queste applicazioni il dispositivo può avere più ruoli: (i) quello di estrarre informazione dal sistema a cui si applica per attività di indagine o di controllo, (ii) quello di ridurre a scala micrometrica e/o sub-micrometrica funzionalità del macrocosmo con evidenti vantaggi, oppure (iii) quello di ottenere nuove funzionalità non esistenti su scala macroscopica.
E' inoltre possibile realizzare materiali intelligenti (funzionalizzati) spesso sfruttando le capacità di auto-organizzazione della materia. E’ questa attualmente la via più promettente alle nanotecnologie. L’obiettivo base in questo caso consiste nel cercare di imitare la natura nella sua capacità di costruire auto-organizzandosi in un processo evolutivo, partendo da piccoli elementi costituenti per ottenere oggetti più grandi.

Ancor più delle microtecnologie, le nanotecnologie richiedono sinergie, spesso difficili da attuare, tra molte e differenti discipline scientifiche e tecnologiche. Molto del successo futuro si basa proprio sulla fertilizzazione incrociata di diversi rami della ricerca pura ed applicata, sul lavoro di squadra tra diversi specialisti volto a trovare nuovi materiali, nuovi processi, nuove applicazioni e alla realizzazione di prodotti innovativi.

Le nanotecnologie offrono dunque la possibilità di concorrere ad un salto radicale. A lungo termine diverranno pervasive coprendo campi che spaziano dalla meccanica all'elettronica, dal tessile alla farmaceutica, alla biologia, all’ambiente e all'energetica.

Fabrizio Pirri
Politecnico di Torino