Materiali nanostrutturati 
Dott. Alessandro Martucci, Prof. Massimo Guglielmi  

Sol-gel: sintesi chimica che partendo da precursori opportuni permette di ottenere delle soluzioni liquide che possono essere utilizzate per depositare degli strati sottili su opportune superfici o per ottenere polveri ceramiche o campioni massivi.

Nanoparticelle: aggregati di atomi che formano materiali di dimensioni dell'ordine dei 10-9 m (1 miliardo di volte più piccolo del metro)

La tecnica consiste nel preparare delle soluzioni sol-gel per la matrice ospitante e soluzioni contenenti le nanoparticelle o dei precursori delle nanoparticelle. Le due soluzioni vengono mescolate e la soluzione finale viene utilizzata o per depositare i ricoprimenti vetrosi su opportuni substrati, oppure per ottenere delle polveri ceramiche o dei campioni massivi. Eventuali trattamenti termici portano al consolidamento della matrice e alla formazione delle nanoparticelle nel caso si siano introdotti i precursori delle stesse. Mediante la chimica del sol-gel è anche possibile controllare la porosità della matrice.

L'incorporazione di opportune nanoparticelle conferisce al materiale le proprietà desiderate.

Materiali attualmente studiati

Film inorganici o ibridi organico-inorganici drogati con nanoparticelle di semiconduttori (CdSe, PbS, Si, etc.) con proprietà ottiche non lineari (emissione di luce, diffrazione non lineare)

L'incorporazione di nanoparticelle luminescenti quali CdSe o PbS in matrici sol-gel conferisce al film le proprietà di fotoluminescenza delle particelle droganti.
Tali tipi di film risultano di particolare interesse per la realizzazione di interruttori interamente ottici ad alta velocità, di memorie ottiche ad alte densità e di laser a lunghezza d'onda variabile a bassa soglia nonché per display.

Nello stesso film vetroso sono state inserite particelle di CdSe di dimensioni diverse: 3 nm (sx) 4 nm (dx), quando i film vengono illuminati da radiazione UV emettono luce di colore diverso a seconda della dimensione delle nanoparticelle.

Collaborazioni:
J. Fick, Université Joseph Fourier - Grenoble, Francia
P. Mulvaney, University of Melbourne, Australia
S. Turrell, Université de Lille, Francia.

Nanoparticelle di NiO, CoxOy, SnO2 in vetri di SiO2 con proprietà sensoristiche o proprietà magnetiche

L'introduzione di nanoparticelle di NiO in una matrice vetrosa di SiO2 rende il materiale sensibile alla presenza di gas nell'aria. La matrice deve permettere al gas di raggiungere la superficie delle nanoparticelle, e quindi deve essere porosa.

Nella figura viene riportata la variazione della trasmissione della luce in funzione della concentrazione di CO in aria di un film composto da 60SiO2-40NiO. La variazione di trasmittanza è proporzionale alla concentrazione del gas ed è reversibile. Questo tipo di materiale può essere impiegato come sensore ottico di gas.
Anche le proprietà elettriche del nanocomposito vengono modificate dall'interazione dei gas con le nanoparticelle, per cui questi tipi di nanocompositi possono essere utilizzati anche nel campo dei sensori elettrochimici di gas.
La ridotta dimensione delle nanoparticelle inoltre altera le proprietà magnetiche delle stesse. In questo caso non è più necessario che la matrice sia porosa.

Collaborazioni:
M. Post, National Research Council Ottawa, Canada
L. Montanaro, Politecnico di Torino
C. Cantalini, Università dell'Aquila