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Nanotecnologia, la manipolazione e la fabbricazione di materiali e dispositivi su scala di atomi o piccoli gruppi di atomi. La “scala nanometrica” è tipicamente misurata in nanometri, o miliardesimi di metro (nanos, la parola greca per “nano”, è l’origine del prefisso), e i materiali costruiti su questa scala spesso esibiscono proprietà fisiche e chimiche distintive dovute a effetti di meccanica quantistica. Anche se dispositivi utilizzabili così piccoli potrebbero essere lontani decenni (vedi sistema microelettromeccanico), le tecniche per lavorare su scala nanometrica sono diventate essenziali per l’ingegneria elettronica, e i materiali nanoingegnerizzati hanno cominciato ad apparire nei prodotti di consumo. Per esempio, miliardi di microscopici “nanowhiskers”, ciascuno lungo circa 10 nanometri, sono stati agganciati molecolarmente a fibre naturali e sintetiche per conferire resistenza alle macchie ai vestiti e ad altri tessuti; i nanocristalli di ossido di zinco sono stati usati per creare filtri solari invisibili che bloccano la luce ultravioletta; e i nanocristalli di argento sono stati incorporati in bende per uccidere i batteri e prevenire le infezioni.
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Le possibilità per il futuro sono numerose. La nanotecnologia può rendere possibile la fabbricazione di materiali più leggeri, più forti e programmabili che richiedono meno energia per essere prodotti rispetto ai materiali convenzionali, che producono meno rifiuti rispetto alla produzione convenzionale e che promettono una maggiore efficienza del carburante nei trasporti terrestri, navi, aerei e veicoli spaziali. I nanorivestimenti per le superfici opache e traslucide possono renderle resistenti alla corrosione, ai graffi e alle radiazioni. Dispositivi e sistemi elettronici, magnetici e meccanici su scala nanometrica con livelli senza precedenti di elaborazione delle informazioni possono essere fabbricati, così come sensori chimici, fotochimici e biologici per la protezione, l’assistenza sanitaria, la produzione e l’ambiente; nuovi materiali fotoelettrici che permetteranno la fabbricazione di pannelli a energia solare a basso costo; e dispositivi ibridi molecolari-semiconduttori che possono diventare motori per la prossima rivoluzione nell’era dell’informazione. Il potenziale di miglioramento della salute, della sicurezza, della qualità della vita e della conservazione dell’ambiente è vasto.
Al tempo stesso, devono essere superate sfide significative per realizzare i benefici della nanotecnologia. Gli scienziati devono imparare come manipolare e caratterizzare i singoli atomi e i piccoli gruppi di atomi in modo affidabile. Sono necessari strumenti nuovi e migliori per controllare le proprietà e la struttura dei materiali su scala nanometrica; miglioramenti significativi nelle simulazioni al computer delle strutture atomiche e molecolari sono essenziali per la comprensione di questo regno. Inoltre, sono necessari nuovi strumenti e approcci per assemblare atomi e molecole in sistemi su scala nanometrica e per l’ulteriore assemblaggio di piccoli sistemi in oggetti più complessi. Inoltre, i prodotti della nanotecnologia devono fornire non solo prestazioni migliori ma anche costi inferiori. Infine, senza l’integrazione di oggetti su scala nanometrica con sistemi su micro e macroscala (cioè da milionesimi di metro fino alla scala millimetrica), sarà molto difficile sfruttare molte delle proprietà uniche trovate su scala nanometrica.
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