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NANOFAB, UN LABORATORIO PER LA RICERCA INDUSTRIALE NEL SETTORE DELLE
NANOTECNOLOGIE
Introduzione
Capitolo n. 1.
Capitolo n. 2.
Capitolo n. 3.
Capitolo n. 4.
Capitolo n. 5.
Capitolo n. 6.
Cosa sono le nanotecnologie
Materiali sinterizzati tramite pressatura ad alta velocitá di polveri metalliche (HVC)
Rivestimenti da fase a vapore con plasma (PECVD)
Rivestimenti attraverso la tecnica “cold spray”
Rivestimenti attraverso la tecnica “sol gel”
Rivestimenti e trattamenti superficiali al plasma atmosferico
Introduzione
NANOFAB, un laboratorio per la ricerca industriale nel settore delle nanotecnologie
NANOFAB: LA NANOFABRICATION FACILITY DEL VENETO
Uno dei primi laboratori italiani completamente dedicati alla ricerca applicata e al trasferimento delle
nanotecnologie alla produzione industriale.
Il 7 ottobre 2005 è stata inaugurata presso il Parco Scientifico di Venezia, la NanoFabrication Facility
del Veneto, uno dei primi laboratori italiani completamente dedicati al trasferimento delle
nanotecnologie alla produzione industriale. I laboratori sono gestiti da Nanofab Scarl una società
consonsortile senza fini di lucro, costituita da VEGA Scarl, Parco Scientifico Tecnologico di Venezia, e
dall’ Associazione CIVEN (Coordinamento Interuniversitario Veneto per le Nanotecnologie), che è
stata fondata nel 2003 dall’Università degli Studi di Padova, dall’Università Ca’ Foscari di Venezia e
dall’Università degli Studi di Verona.
Nanofab è una piattaforma tecnologica d’avanguardia per la ricerca applicata e l’innovazione
tecnologica a favore delle imprese, si estende su una superficie di 2700 m2 ed è stata realizzata con
un investimento complessivo di oltre 20 milioni di Euro, cofinanziati dall‘Unione Europea, dalla
Regione del Veneto e da VEGA.
Nanofab è stata costituita nell’ambito del primo Distretto Tecnologico Italiano per le nanotecnologie,
Veneto Nanotech, avviato con un finanziamento complessivo di circa 60 MLN di Euro. A tal riguardo
la Regione del Veneto, il MIUR (Ministero dell’Istruzione dell’Università e della Ricerca), le Università
Venete assieme agli Enti Locali e ad altre istituzioni pubbliche e private hanno sottoscritto un
protocollo d’intesa finalizzato alla realizzazione di un polo d’eccellenza internazionale nell’ambito della
ricerca di base e delle nano applicazioni sui materiali.
La missione di Nanofab consiste principalmente nel promuovere l’incontro tra il sistema della ricerca e
il mondo imprenditoriale per favorire la competitività sistema produttivo. Le aziende possono
commissionare a Nanofab progetti di ricerca e sviluppo, usufruire del know how tecnico-scientifico
dello staff di ricercatori qualificati oppure utilizzare le apparecchiature impiegando il proprio personale
al fine di realizzare prototipi dalle migliori performance e qualità, fino a giungere a nuove linee di
produzione.
APPLICAZIONI DELLE NANOTECNOLOGIE NEI SETTORI DELLA MECCANICA, DELLA
PELLETTERIA, DELL’OREFICIERIA E DELLA PIETRA NATURALE
Nanofab è il punto di riferimento per gli imprenditori che vogliono realizzare innovazione di prodotto e
di processo in quanto offre servizi high-tech per lo sviluppo di prototipi nei settori più vari, in
particolare quello della meccanica, della pelletteria, dell’oreficieria, argenteria e dei materiali in
generale.
Lo staff scientifico dei laboratori dispone di strumenti e processi di preparazione e deposizione per la
realizzazione di materiali sinterizzati con propietà meccaniche eccezionali, di rivestimenti e
trattamenti superficiali (anti usura, anti graffio, anticorrosione, decorativi, idrofobici, ecc.).
Capitolo n. 1
Cosa sono le nanotecnologie
Misure AFM (miscroscopio atomico a scansione di sonda) realizzate presso i laboratori di Nanofab
Le nanotecnologie sono, secondo una definizione della National Science Foundation (Nsf) degli Stati
Uniti, una rivoluzione scientifica e tecnologica “fondata sulla recente acquisizione della capacità di
misurare e organizzare la materia a livello della nanoscala: da 1 a 100 miliardesimi di metro”.
La nanoscala è una dimensione qualitativa nuova, perché la materia cessa di comportarsi come la
vediamo fare a livello macroscopico, seguendo le leggi della fisica e della chimica classiche, ma assume
un comportamento nuovo dominato dalla meccanica quantistica, dove la fisica quantistica, la chimica, la
biologia, la scienza dei materiali e l’ingegneria convergono verso i medesimi principi e strumenti.
Il termine nanoscienza indica la capacità di studiare, assemblare e caratterizzare la materia a livello di
dimensioni comprese tra 100 e 1 nanometri, che significa operare a livello molecolare, in quanto un 1
nanometro (nm) è un milionesimo di millimetro e corrisponde all’incirca a 10 volte la grandezza dell’atomo
dell’idrogeno. Le dimensioni di una piccola molecola sono intorno ad 1 nm e quelle di una proteina intorno
a 10 nm.
Capitolo n. 2
Materiali sinterizzati tramite pressatura ad alta velocitá di polveri metalliche (HVC)
I materiali sinterizzati sono l’esito di un processo di consolidamento che ha inizio con la pressatura ad
alta velocità di polveri nanostrutturate tramite HVC (High Velocity Compaction). Questa tecnica
consente di ottenere dei verdi con alte densità vicine al 100% e conferisce proprietà meccaniche
eccezionali. I materiali pressati vengono poi sinterizzati al fine di creare un legame metallico che
consolida la forma precedentemente acquisita ottenendo in questo modo gli oggetti finiti o
semilavorati.
SETTORI DI
APPLICAZION E
componenti meccanici
per l’automobile
componenti per
serramenti
componentistica sportiva
componenti per
elettrodomestici, ecc.
Capitolo n. 3
Rivestimenti da fase a vapore con plasma (PECVD)
Il PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition è una tecnica di deposizione in vuoto che
consente di rivestire qualsiasi tipo di superficie con film sottili di materiali metallici e ceramici. Molto
brevemente la tecnica consiste nel crescere dei rivestimenti su di un substrato a partire da precursori
immessi nel reattore di deposizione in fase vapore. I precursori possono essere gassosi (ossigeno,
azoto, acetilene, ecc.) oppure liquidi/solidi. In quest’ultimo caso è necessario un sistema di
vaporizzazione del precursore che consenta la sua evaporazione/sublimazione e il trasporto del
vapore in camera mediante un gas neutro di trasporto. L’assistenza del plasma (RF o MW glow
discharge) durante la deposizione garantisce la possibilità di abbassare la temperatura di deposizione
e di aumentare l’energia di condensazione fornita al rivestimento in crescita.
La stechiometria dei composti depositati e la qualità dei rivestimenti dipendono da numerosi parametri
quali la pressione in camera, la purezza dei precursori, i flussi di gas, l’assistenza ionica, la
temperatura, ecc.
Applicazione della tecnica “PECVD” per la realizzazione di rivestimenti:
Decorativi (accessori, occhialeria, bigiotteria-gioielleria, accessori per la casa: posateria,
rubinetteria, ecc.)
z
Antiusura (accessori, lenti per occhiali, vetri, componenti in plastica, componenti meccanici ecc.)
z
Anticorrosione (componenti meccanici metallici, utensili, superfici esposte ad agenti atmosferici,
serramenti ecc.)
z
Lubrificanti solidi (componenti meccanici in applicazioni ad alta velocità: valvole, alberi, cuscinetti,
turbine, ecc.)
z
Duri (rivestimenti per applicazioni meccaniche: stampi, utensili, lame, punte e punzoni, ecc.)
z
Capitolo n. 4
Rivestimenti attraverso la tecnica “cold spray”
COLD SPRAY : La tecnica consiste in un sistema di deposito a secco di polveri ad altissima velocità
(600-1200 m/sec) permettendo quindi una perfetta adesione per effetto cinetico delle particelle alla
superficie da rivestire con relativa formazione di un layer privo di porosità. La tecnica di cold spray è
nelle primissime fasi di valutazione industriale. Questa tecnica si svincola dalla necessità di avere un
solvente o un mezzo liquido per depositare la protezione superficiale e funziona a temperatura
ambiente. Usato in processi di deposizione su metalli, ceramici e vetri, nuova promettente frontiera
della ricerca è l’utilizzo di tale tecnica per la metallizzazione di superfici polimeriche.Il sistema sarà
completo di un robot per il controllo della deposizione. Tale apparato è necessario per lo svolgimento
delle attività di ricerca del progetto “sviluppo di sistemi polimerici nanocompositi”
Applicazione della tecnica “Cold Spray” per la realizzazione di rivestimenti:
Antiusura (accessori, componenti meccanici metallici, in plastica, ecc.)
Anticorrosione (componenti meccanici metallici , superfici esposte ad agenti atmosferici,
serramenti, ecc.)
z
Duri, conduttivi e antistatici
z
z
Cold sprayed electric screening coating on a thermoplastic housing
Capitolo n. 5
Rivestimenti attraverso la tecnica “sol gel”
Attraverso la tecnica sol-gel è possibile preparare, a temperature relativamente basse, materiali a
base di ossidi inorganici e a matrice ibrida organico-inorganica con specifiche caratteristiche di
durezza, resistenza, chimica, porosità e resistenza termica.
Applicazioni della tecnica “SOL GEL” per la realizzazione di rivestimenti:
Decorativi (accessori, occhialeria, bigiotteria-gioielleria, accessori per la casa: posateria,
rubinetteria, ecc.)
z
Antiusura (accessori, lenti per occhiali, vetri, componenti in plastica, ecc.)
z
Anticorrosione (componenti meccanici metallici , superfici esposte ad agenti atmosferici,
serramenti, ecc.)
z
Autopulenti, idrofobici (rivestimenti per superfici vetrose, plastiche, ecc.)
z
Antiriflesso (rivestimenti per lenti, vetri, barriere termiche, ecc.)
z
Elettro/foto/termo cromici (rivestimenti per lenti, vetri per aerei, ricoprimenti sensibili alla
temperatura, ecc.)
z
Effetto anticorrosione
Effetto autopulente
Capitolo n. 6
Rivestimenti e trattamenti superficiali al plasma atmosferico
Il PLASMA ATMOSFERICO: è una tecnica basata sull’impiego di un plasma prodotto a pressione
atmosferica, la temperatura del gas è inferiore a 300°C, e la superficie trattata si scalda in un
intervallo di temperatura compreso tra i 15-20°C, questo consente di trattare materiali organici come
le materie plastiche che non tollerano carichi termici elevati. Il plasma atmosferico è un processo
usato principalmente per trattamenti locali, come la pulizia o l’attivazione di superfici al fine di ottenere
una migliore successiva incollatura e bagnabilità.
I substrati che possono essere funzionalizzati mediante questa tecnica sono diversi: polimeri, metalli,
ceramiche, vetri e materiali ibridi. Tale apparato è necessario per lo svolgimento delle attività di
ricerca del progetto “sviluppo di sistemi polimerici nanocompositi”.
La tecnica del “Plasma atmosferico” consente di attivare in modo efficacie delle superfici per favorire il
successivo trattamento di incollaggio e verniciatura. L’attivazione può essere associata a processi di
deposizione per la realizzazione di rivestimenti:
z
Duri, antigraffio, resistenza all’usura (rivestimenti per applicazioni meccaniche: stampi, utensili,
lame, punte e punzoni, ecc.)
z
Polimerici (per impermeabilizzazioni e migliorare le proprietà di diffusione delle plastiche
protezioni da agenti chimici aggressivi, trattamenti antiaderenti, ecc.)
© Confindustria Vicenza - 2006
