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0018. Cosa sono i nanotubi?

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 Cosa sono i nanotubi? So cos'e' il nanosecondo, ma il nanotubo....? (Anonimo)


sem_esperto_gialloIn effetti il nanosecondo è una unità di misura, relativa alla osservabile fisica "tempo", e corrisponde ad un miliardesimo di secondo. Analogamente, il nanometro rappresenta un'unità di misura della grandezza fisica "coordinata spaziale" e corrisponde ad un miliardesimo di metro. Per rispondere alla domanda posta, occorre scendere a distanze mille volte piu' piccole di un micron(o micrometro), equivalente ad un milionesimo di metro e corrispondente ad una frazione circa trecento volte inferiore al diametro di un capello. I nanotubi sono strutture tubolari aventi un diametro del tubo che va da qualche nanometro a qualche decina di nanometri. La lunghezza del tubo tipica è di centinaia di nanometri, ma può raggiungere i molti micron. Un altro nome con cui vengono identificati questi sistemi fisici è quello di strutture unidimensionali. Il prefisso "nano"; nella parola "nanotubo"; indica proprio la dimensione caratteristica del diametro dei tubi. Vi sono differenti forme di nanotubi, come ad esempio le nanocorde, i nanofili, le nanomolle. Sebbene i nanotubi possano essere costituiti di diversi materiali, come ad esempio il carbonio, il carburo di boro, il solfuro di tungsteno o di molibdeno, i nanotubi maggiormente studiati sono quelli di carbonio, in quanto questo elemento di per se stesso è suscettibile di un'ampia gamma di applicazioni, oltre ad essere biocompatibile. I nanotubi di carbonio consistono unicamente di atomi di carbonio disposti su di un singolo foglio di grafite avvolto attorno ad un asse cilindrico. Dal medesimo materiale si possono ottenere proprietà elettroniche completamente diverse, con un comportamento che va da quello di un puro metallo a quello di un semiconduttore, a seconda di piccole variazioni nella corrispondente configurazione geometrica. La geometria stessa del nanotubo determina anche le sue proprietà meccaniche. Nell'ambito dei nanotubi vi sono due campi distinti, quello dei nanotubi a parete singola e quello dei nanotubi a parte multipla. In questi ultimi sono presenti molti tubi di diametro decrescente, all'interno di nanotubi di maggiori dimensioni.I nanotubi vengono preparati prevalentemente con metodi di deposizionead arco catodica o a plasma. Data la piccolissima scala dimensionaleche caratterizza questi sistemi, è necessario utilizzare per la loro osservazione potenti microscopi elettronici, capaci di molte centinaia di migliaia di ingandimenti. Le eccezionali proprietà fisiche dei nanotubi fanno di questi sistemi dei candidati unici per la fabbricazione di fibre leggerissime ma estremamente robuste, come pure per la produzione dei piu' piccoli fili metallici conosciuti. Questo campo di ricerca ha naturalmente attratto notevole attenzione, acquisendo rapidamente una crescente importanza nel periodo piu' recente, proprio a causa delle sue potenzialità di generare applicazioni in diversi settori, come ad esempio lacatalisi, l'accumulo di energia, l'immagazzinamento di gas, l'emissione di elettroni (o emissione di campo), la sensoristica chimica e quella dei gas,l'elettronica molecolare, la produzione di dispositivi attuatori (interruttori veloci, ecc.).

Di particolare rilevanza è  il promettente sviluppo che riguarda l'impatto dei fasci di particelle accelerate di dimensioni micrometriche e nanometriche nelle applicazioni in campo sia medico che biologico. La possibilità di estrarre fasci di particelle con una sezione trasversa piccolissima potrà avere una grande utilità ai fini delle ricadute della fisica degli acceleratori di particelle nel campo medico ed in quello biologico. La possibilità teorica di produrre un fascio con una sezione trasversa pari ad 1 micron quadrato (o addirittura 1 nanometro quadrato) si basa sull'utilizzo della tecnica di channeling da parte di strutture delle dimensioni di un micron sulla superficie di un singolo cristallo (oppure usando un nanotubo). (per un lettore esperto :http://arxiv.org/abs/physics/0209057) Attualmente è in corso di realizzazione presso il Laboratorio Nazionale Statunitense di Brookhaven (BNL) un'installazione per la produzione di micro-fasci di dieci micron sia di ioni Fe+26 che di protoni, con lo scopo di irradiare cellule umane (per un lettore esperto : K.A. Brown, et al., EPAC 2002 Proceedings (Paris), p.554).

E' stato dimostrato nel che il channeling per mezzo di nanotubi può migliorare di diecimila voltel'emittanza del fascio che si può ottenere attraverso le tecniche dichanneling tradizionali. Per parte sua, il micro-channeling fornisce un fattore di miglioramento di alcune centinaia rispetto all'approccio consueto. La disponibilità futura di fasci di dimensioni ridottissime in campo medico potrà sia migliorare drasticamente la precisione delle terapie dei tumori per mezzo di fasci di ioni, sia permettere di eseguire operazioni chirurgiche delicatissime in prossimità dei centri vitali, come nel caso dei tumoiri del cervello o dell'occhio. In biologia questa nuova tecnologia permetterà di irradiare selettivamente le cellule (secondo una vera e propria "chirurgia cellulare") e persino gli oggetti biologici di più piccole dimensioni. In conclusione, è ragionevole attendersi che il conseguimento di fasci di particelle su scala nanometrica offra nuove opportunità sia agli esperimenti di fisica delle alte energie che alle applicazioni industriali.

Stefano Bellucci - Fisico


 

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