I ricercatori dell’Istituto di Fisica Nucleare dell’Accademia Polacca delle Scienze (PAS) hanno formato rivestimenti di grandi superfici metalliche con nanostrutture di precisione, usando come esempio il titanio e il suo ossido.
Gli scienziati dell’Istituto di Fisica Nucleare dell’Accademia Polacca delle Scienze (PAS) hanno superato gli ostacoli che finora hanno impedito di rivestire grandi superfici metalliche con nanostrutture di precisione usando come esempio il titanio e il suo ossido. I rivestimenti realizzati con nanostrutture di dimensioni e forme selezionate con precisione consentono di controllare le proprietà dei materiali, ma finora, nel caso della maggior parte dei metalli, c’è stata una seria limitazione: era impossibile produrre rivestimenti omogenei su grandi superfici a causa delle perturbazioni che si verificavano ai confini dei grani cristallini. I ricercatori dell’Istituto di Fisica Nucleare dell’Accademia Polacca delle Scienze di Cracovia hanno superato questo limitazione e hanno dimostrato il processo di rivestimento metallico di grandi superfici con nanotubi usando il titanio e il suo ossido come esempio. Questo risultato sembra promettente nel contesto di numerose applicazioni, tra cui spiccano impianti medicali, celle fotovoltaiche, rilevatori chimici e memristori.
“Siamo unici al mondo nella nostra capacità di rivestire ampie aree di lamiera di titanio, di decine di centimetri quadrati, con nanotubi di ossido di titanio in modo rigorosamente controllato. Il metodo che proponiamo è il risultato della combinazione di due tecniche non convenzionali per la nanostrutturazione delle superfici dei materiali: la litografia a nanoparticelle e l’anodizzazione elettrochimica” afferma Uliusz Chojenka (IFJ PAN), primo autore dell’articolo che descrive il risultato, pubblicato su Acta Materialia.
Un metodo semplice ed economico
Sia la litografia a nanoparticelle, sia l’anodizzazione sono tecniche note da tempo, ma sono state utilizzate solo su scala di laboratorio e finora non sono mai state combinate. I fisici dell’Università di Cracovia sottolineano che i vantaggi del metodo da loro proposto risiedono nella semplicità, nella velocità, nei bassi costi di produzione e nella possibilità di scalare facilmente l’intero processo, consentendo applicazioni tecnologiche come la produzione di rivestimenti di grandi dimensioni.
Le proprietà fisiche e chimiche dei rivestimenti ottenuti in questo modo sono state caratterizzate in modo completo utilizzando microscopia elettronica a scansione, diffrazione a raggi X e spettroscopia Raman, ed è stata anche determinata la loro fotoattività alla radiazione ultravioletta. Durante diversi giorni di test, i ricercatori hanno riscontrato che, nonostante il superamento dei limiti dei grani cristallini, i rivestimenti di nanotubi prodotti sono meccanicamente durevoli e i nanotubi stessi non si rompono nemmeno durante la ricottura.
Il metodo presentato per la nanostrutturazione dell’ossido di titanio ha il potenziale per un’ampia applicazione. Gli impianti medicali potrebbero essere rivestiti con nanotubi che rilasciano farmaci nell’organismo in modo controllato, migliorandone la biocompatibilità.
Scegliendo con cura le dimensioni e la densità dei nanotubi, è possibile controllare la fotoattività dell’ossido di titanio che interagisce con la radiazione ultravioletta, il che favorisce applicazioni legate alle celle fotovoltaiche o al controllo delle reazioni chimiche. È anche noto che la superficie dell’ossido di titanio modifica le sue proprietà a seconda dell’adsorbimento anche di piccole quantità di idrogeno, quindi si stanno prendendo in considerazione nuovi rivelatori più sensibili di quelli attualmente disponibili: “Non ci sono ostacoli fisici, chimici o tecnici all’adattamento del nostro metodo alla nanostrutturazione di superfici realizzate in metalli di transizione diversi dal titanio, come ferro, alluminio o tantalio. Tutto dipende dalle esigenze” conclude Chojenka.
Foto: IFJ PAN
