Nanomateriali

La ricerca riguardante i nanomateriali ha sottolineato gli enormi sforzi scientifici sia nel campo della ricerca di base, sia nella scienza applicata. La ricerca di base richiede materiali molto puri per modellizzare i fenomeni, dall'altra parte le applicazioni necessitano di formulazioni complesse per ottimizzare le proprietà caratteristiche del materiale. In entrambi i casi, i processi per ottenere polveri fini per il nucleo ceramico, la copertura, gli strati sottili e i compositi sono punti chiave. 

Il metodo più comunemente usato è la cosidetta reazione allo stato solido o via ceramica. Comporta un intimo miscelamento meccanico di ossidi, carbonati, nitrati... ripetuti cicli di macinatura e riscaldamento per ottenere la reazione completa tra i reagenti. Comunque, nonostante la sua semplicità, questo metodo ha svantaggi evidenti perchè fornisce polveri con elevata dimensione dei grani (1-10 µm) e richiede la ripetizione di prolungati trattamenti termici e di macinatura. Di conseguenza, potrebbe aver luogo una crescita cristallina incontrollata in grado di provocare disomogeneità nella chimica e nella dimensione dei grani.

La chimica in fase acquosa, detta via chimica, può superare molti di questi svantaggi. Ci si aspetta un aumento dell'omogeneità del prodotto poichè la miscelazione dei reagenti avviene a livello molecolare, in soluzione. Le nanopolveri ottenute hanno un'alta area specifica superficiale e, di conseguenza, un'alta reattività che diminuisce la temperatura finale del trattamento e i tempi di sintesi.

Inoltre, questi materiali hanno mostrato un miglioramento delle caratteristiche quali le proprietà catalitiche per l'abbattimento di emissioni inquinanti come gli NOx o la combustione catalizzata di particolato delle celle elettrochimiche e dei sensori per i gas. Per formare nanopolveri esistono diverse vie chimiche come la coprecipitazione, lo spray drying, la liofilizzazione, il sol-gel... Purtroppo questi metodi presentano tempistiche molto lunghe ed è difficile ottenere grandi quantità di nanopolveri. In ogni caso, raggiungere un'alta omogeneità per composizioni complesse (che coinvolgono un gran numero di cationi) potrebbe diventare difficile a causa del diverso comportamento chimico di ciascun catione.

Presso Pirelli Labs abbiamo ottimizzato metodi per la sintesi di nanomateriali per una vasta gamma di ossidi utilizzabili in ambito elettroceramico (superconduttori, conduttori ionici e misti, semiconduttori, ceramici dielettrici e ferroelettrici) e con catalizzatori per l'abbattimento di emissioni inquinanti in sistemi di filtrazione mobili (veicoli) o stazionari (caldaie, termovalorizzatori, centrali termoelettriche). Questi processi per ottenere nanopolveri risultano metodi chimici veloci, economici, riproducibili e compatibili con un semplice scale up.