Nanocristalli autoassemblanti: nuove dimensioni per l’energia

La scoperta di queste nanoparticelle, in attesa di brevetto, potrà essere applicata alla produzione di nuovi materiali nell’industria fotovoltaica e alla realizzazione di batterie.

Realizzare nuovi materiali facendo in modo che siano i componenti ad assemblarsi uno dopo l’altro per comporre il tutto: questa una delle sfide della nanochimica e uno dei risultati di rilievo ottenuti dai ricercatori del Dipartimento di Nanochimica dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova, che hanno lavorato alla realizzazione di nanoparticelle in grado di auto-organizzarsi in maniera gerarchica a formare strutture più complesse, consentendo la creazione di nuovi materiali.

La ricerca - coordinata dal Professore Liberato Manna, Direttore del Dipartimento di Nanochimica dell’IIT - ha visto la collaborazione dei ricercatori del Debye Institute for Nanomaterials Science e dell’Institute for Theoretical Physics dell’Università di Utrecht, Olanda. La prestigiosa rivista internazionale Nature Materials ne ha pubblicato i risultati in un articolo intitolato “Hierarchical self-assembly of suspended branched colloidal nanocrystals into superlattice structures”.

Lo studio mostra la realizzazione di cristalli di dimensione nanometrica a forma di stelle a otto punte, o “ottopodi”, i quali, immersi in determinate miscele di solventi, sono in grado di posizionarsi autonomamente nella trama di un nuovo materiale. “La formazione spontanea di strutture regolari è la legge che sta alla base della chimica della natura”, spiega Manna. “Con questo lavoro mostriamo come specifiche strutture artificiali possono auto-organizzarsi in strutture più complesse. Infatti, le nanoparticelle che abbiamo sintetizzato nei nostri laboratori si comportano in modo simile alle proteine che compongono il collagene”.

I nanocristalli creati dal gruppo di Manna, sono costituiti da un corpo centrale da cui si diramano otto braccia lunghe decine di nanometri. La loro forma è molto importante affinché l’auto-assemblamento sia possibile; infatti, una volta che due cristalli si sono uniti tra loro, essa consente agli altri nanocristalli di agganciarsi uno in seguito all’altro solo lungo una linea ben precisa, formando delle catene. Inoltre, una volta immerse in solventi specifici, le varie catene di nanocristalli si uniscono tra loro in linee parallele, andando a formare un materiale robusto e poroso. “È come se da singoli fili si componesse un tessuto senza l’azione del telaio”, semplifica Manna.

Attualmente, i nanocristalli realizzati nell’ambito di questo studio sono composti di cadmio e selenio; la ricerca, tuttavia, ha anche dimostrato che il cadmio può essere sostituito da elementi meno tossici, come ad esempio il rame, lasciando invariate le caratteristiche di auto-assemblamento. L’obiettivo è di applicare la scoperta - per cui è già stata sottoposta la richiesta di brevetto - nella produzione di nuovi materiali per l’energia, sia nel campo del fotovoltaico sia nella realizzazione di batterie.

IIT – Istituto Italiano di Tecnologia: www.iit.it
Università di Utrecht: www.uu.nl

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