Progetto "dalle nanotecnologie alla nanochimica alla nanocatalisi"
Si è concluso il corso sulle nanotecnologie tenuto dall'ing. Vincenzo Caramia con la guida della prof.ssa. Nacci. Il progetto ha interessato gli alunni delle classi 4B, 4C, 4D del Liceo Scientifico.
Il corso sulle nanotecnologie è stato svolto attraverso lezioni multimediali (proiezioni di presentazioni powerpoint e video), lezioni frontali, lavori di gruppo ed esperimenti in laboratorio. Dopo aver definito e contestualizzato il concetto di nanotecnologia nei vari ambiti scientifici (chimico, fisico, medico, biologico, ingegneristico, scienza dei materiali, etc.), sono stati spiegati i due approcci (“Top-down” e “Bottom-up”) impiegati per la realizzazione di nanodispositivi, nanomateriali e oggetti alla scala del nanometro(10-9m) ed è stato spiegato il motivo per cui la scala nanometrica attrae così tanto la ricerca scientifica. Dal punto di vista teorico, sono stati spiegati inizialmente i seguenti argomenti: (i) alcuni concetti di chimica di base (mole, molarità, parte per milione (ppm) e reazioni redox elettrochimiche); (ii) concetto di soluzione colloidale; (iii) sintesi chimica ed elettrochimica di nanoparticelle metalliche e non; (iv) forme allotropiche del carbonio (grafene, grafite, nanotubi di carbonio, fullerene) e ruolo nei dispositivi elettronici. Sono state spiegate, successivamente, le batterie e le celle a combustibile e il loro principio di funzionamento dal punto di vista elettrochimico focalizzando l’attenzione sul ruolo delle nanoparticelle per ottenere dispositivi migliori e per far avvenire le reazioni chimiche in maniera più veloce, quindi catalizzandole. Un esempio di catalizzatore illustrato ai ragazzi è stato quello della marmitta catalitica.Allo scopo di osservare gli oggetti alla nanoscala, sono stati spiegati i limiti del microscopioottico ed è stato introdotto, a carattere generale, il microscopio a scansione elettronica (SEM), a trasmissione elettronica (TEM) e il microscopioa scansione di sonda (SPM) che comprende sia il microscopio a forza atomica (AFM) sia quello a effetto tunnel.Allo scopo di studiare gli stati di ossidazione dei materiali è stato spiegato ai ragazzi, in maniera sintetica e generale, il concetto di spettroscopia a raggi X, come per esempio l’XPS (dall’inglese: X-rayPhotoelectronSpectroscopy).
Particolare attenzione è stata rivolta allo svolgimento degli esperimenti in laboratorio allo scopo di: (i) sintetizzare nanoparticelle di Ag secondo la “green chemistry” utilizzando diversi reagenti “amici dell’ambiente”; (ii) sintetizzare nanoparticelle di rame (Cu) su una lamierina di zinco (Zn); (iii) elettrodeposizione di nanoparticelle composite di argento e ossido di manganese; (iv) realizzazione di una pila col limone per accendere una lampadina (LED) e spiegazione del concetto di elettrolita, elettrodi, potenziale della cella elettrochimica e legge di Nernst.Nel caso del punto (iv) è stato opportuno spiegare ai ragazzi quelle che sono le problematiche in ambito energetico, quali saranno le batterie del futuro e qual è il ruolo dei nanomateriali per esempio nei processi di riduzione dell’ossigeno nel caso delle batterie metallo-aria. Sia nella spiegazione teorica che nell’esecuzione degli esperimenti sono stati numerosi i momenti di spunto per chiarire, consolidaree approfondire alcuni concetti di chimica e di fisica grazie agli interventi della Prof.ssa Antonella Nacci e del Prof. Raffaele Setola. Nello svolgimento degli esperimenti, invece, è stato prezioso l’aiuto di Antonio Pezzuto.
I ragazzi sono stati attenti durante tutto il corso e hanno manifestato il loro entusiasmo nel vedere gli esperimenti e ascoltare concetti a loro non familiari e che non vengono affrontati durante un normale corso di studi curriculare in una scuola superiore come il Liceo Scientifico. Come emerso dal questionario somministrato ai ragazzi a conclusione dei lavori, tutti i ragazzi hanno espresso soddisfazione, interesse ed entusiasmo e sarebbero disposti ad approfondire ulteriormente gli argomenti sulle nanotecnologie viste le loro future ambizioni in discipline scientifiche come la Chimica, Fisica, Ingegneria, Biotecnologie, etc.
In conclusione, il progetto POF in oggetto ha avuto lo scopo di aggiornare e stimolare i ragazzi sugli aspetti della ricerca scientifica e su quelle tematiche di grande attualità che, come le nanotecnologie, stanno coinvolgendo l’intera comunità dei ricercatori in maniera sempre più interdisciplinare, trasversale e collaborativa contribuendo a risolvere, in un futuro prossimo, problemi a livello energetico, industriale, elettronico, medico - solo per citarne alcuni.