Storia dei nanomateriali e della nanotecnologia

I nanomateriali sono esistiti in natura molto prima che gli scienziati potessero anche solo immaginarli. Tuttavia, la storia della scienza alla base della nanotecnologia e dei nanomateriali è relativamente recente.

Per manipolare la materia su scala così ridotta è stato necessario integrare le conoscenze derivanti da molti ambiti, come fisica, chimica, biologia e scienza dei materiali.

 

Nanomateriali naturali

Il nostro pianeta è un’importante fonte di nanomateriali naturali. Vulcani, incendi, tempeste di sabbia e spruzzi di acqua di mare sono processi naturali che creano nanomateriali. Anche le piante, gli insetti e persino le persone contengono molte nanostrutture. Ad esempio, le foglie del fiore di loto sono autopulenti e idrorepellenti, grazie alle loro nanostrutture. Le nostre ossa sono composte anche da minerali nanostrutturati. Persino l’elemento costitutivo più elementare della nostra vita, il DNA, è un nanomateriale.

I nanomateriali si trovano anche altrove nell’universo, ad esempio nella polvere cosmica e lunare, e sono stati rinvenuti anche in meteoriti caduti sulla Terra.

 

I nanomateriali nella storia antica

Le persone utilizzano i nanomateriali da oltre 4 000 anni senza comprendere appieno la scienza che vi sta alla base.

Molti minerali argillosi contengono nanomateriali naturali e sono stati utilizzati per migliaia di anni, ad esempio nell’edilizia, nella medicina e nell’arte.

Recenti analisi scientifiche hanno anche dimostrato che le tinture per capelli a base di piombo utilizzate nell’antico Egitto contenevano nanocristalli di solfuro di piombo sintetizzati.

Diversi manufatti storici devono il loro fascino ai nanomateriali. La coppa di Licurgo, una coppa di vetro romana del IV secolo, contiene nanoparticelle d’oro e d’argento che cambiano colore a seconda dell’illuminazione. Anche le vetrate artistiche che si trovano in molte chiese medievali mostrano colori brillanti grazie ai nanomateriali contenuti all’interno del vetro.

 

Nanotecnologia: una scienza moderna

Nel 1959 il fisico Richard Feynman gettò le basi scientifiche per la rivoluzione dei nanomateriali. Feynman suggerì che sarebbe stato possibile manipolare la materia a livello di singoli atomi e lanciò due sfide al mondo.

La prima consisteva nel costruire un minuscolo motore elettrico funzionante che misurasse solo 1/64 di pollice cubo, mentre la seconda consisteva nel miniaturizzare la pagina di un libro in scala 1/25 000, sufficiente per inserire l’intera Enciclopedia Britannica sulla testa di uno spillo. Ci sono voluti 26 anni per venire a capo di entrambe le sfide, ma questo esperimento mentale ha ispirato lo sviluppo di un nuovo campo scientifico.

Da allora, vi sono state diverse scoperte scientifiche che hanno portato alla pubblicazione di innumerevoli articoli scientifici, all’immissione sul mercato di molti prodotti e all’assegnazione di tre premi Nobel per il lavoro svolto nell’ambito della nanoscienza e della nanotecnologia.

  • Premio Nobel per la Chimica 1996 – la scoperta dei fullereni, a dimostrazione che il carbonio può esistere in una forma nuova precedentemente sconosciuta, ha reso possibile la scoperta dei nanotubi di carbonio;
  • Premio Nobel per la Fisica 2010 – studi sul grafene, un materiale con spessore di solo uno strato atomico che può essere utilizzato, ad esempio, per applicazioni elettroniche flessibili, energetiche e biomediche; e
  • Premio Nobel per la Chimica 2016 – sviluppo di macchine molecolari che possono portare a una maggiore miniaturizzazione e allo sviluppo di nuovi materiali.

Lo sviluppo di qualsiasi nuova scienza o tecnologia comporta sia promesse sia rischi per la società. Spetta alla società, inclusi cittadini, scienziati, governi e imprese, concordare il modo migliore per sviluppare tali tecnologie, riducendo al minimo i rischi sia per noi sia per l’ambiente.