Con il termine nanostruttura o nanoaggregato (conosciuto anche come cluster) si indica un sistema costituito da un numero di atomi o molecole che va da qualche unità a qualche migliaia e le cui dimensioni sono dell'ordine del nanometro.

Lo studio delle nanostrutture appartiene a una classe di ricerca interdisciplinare che va sotto il nome di nanoscienze e il cui campo di applicazione è rappresentato dalle nanotecnologie.

Suddivisione delle nanostrutture

Nel descrivere le nanostrutture occorre differenziare tra le varie dimensioni:

• I nanotessuti, la cui altezza è nanometrica, ossia situata tra 0,1 e 10 nm, mentre la profondità e la larghezza sono di dimensioni superiori a quella nanometrica;
• I nanotubi (ad esempio nanotubi di carbonio), che sono nanometrici per il loro diametro;
• E le nanoparticelle, che hanno la caratteristica di avere tutte e tre le loro dimensioni di ordine nanometrico. Per comprendere meglio l'ordine di grandezza di tali particelle, occorre tener presente che la lunghezza d'onda dei fotoni, nello spettro visibile, è molto più lunga del diametro della più grande nanoparticella. Per il loro studio si devono impiegare speciali dispositivi, come i microscopi elettronici o i raggi X molli e duri, il cui uso è però molto più complesso a causa della difficoltà nel focalizzarli (si veda anche particolato ultrafine o UFP).

Caratteristiche

La principale caratteristica di un materiale nanostrutturato è il fatto di essere progettato e modificato nella sua nanostruttura al fine di ottenere un preciso insieme di prestazioni, generalmente superiori o comunque non assimilabili a quelle esibite dai materiali "convenzionali". Le strutture cristalline di dimensioni inferiori ai 100 nanometri presentano infatti caratteristiche peculiari che è possibile sfruttare, attraverso particolari processi di lavorazione, anche alla macroscala. Attraverso l'uso delle nanotecnologie è possibile creare nuovi materiali funzionali, strumenti e sistemi con straordinarie proprietà derivanti dalla loro struttura molecolare ed implementare qualità e caratteristiche di processi e prodotti esistenti. Alla nanoscala infatti gli oggetti sono in grado di cambiare colore, forma e fase molto più facilmente che alla macroscala, proprietà fondamentali come resistenza meccanica, rapporto tra superficie e massa, conduttività e elasticità possono essere progettate per creare nuove classi di materiali.

Storia

Lo studio dei nanoaggregati ha inizio negli anni ottanta. Ha come scopo la comprensione del comportamento della materia a livello mesoscopico in quanto costituisce un importante anello di congiunzione tra la materia macroscopica, le cui proprietà sono descritte dalla termodinamica e dalla meccanica statistica, e la materia microscopica (il singolo atomo o molecola).
I nanoaggregati presentano caratteristiche peculiari non riscontrabili nei sistemi macroscopici. Vediamone alcuni esempi:

• passaggio da legame di van der Waals a legame metallico nei cluster di mercurio;
• passaggio da comportamento paramagnetico a comportamento ferromagnetico che ha totalmente disatteso le precedenti conoscenze sulle proprietà magnetiche di alcuni materiali;
• confine di stato tra liquido e solido che presenta molti aspetti interessanti riguardo ai punti di fusione e sulla natura di fasi metastabili, fasi surriscaldate e sottoraffreddate.

Voci correlate

• ACS Nano
• Nanotecnologia
• Nanotubi di carbonio
• Nanotubo
• Nanoparticella
• Nanofilo
• Nanopilastro
• Litografia colloidale
• Materiale nanostrutturato per l'edilizia
• Proprietà termiche delle nanostrutture