La sintesi di materiali su scala nanometrica avviene all'interno di laboratori ad alta tecnologia, dove gli scienziati in tute integrali tengono ogni granello di polvere lontano dalle loro delicate innovazioni. Però, gli scienziati dell'Università di Kiel hanno dimostrato che questo non è sempre necessario. Sono stati in grado di trasferire con successo l'esperienza dalla fornace al laboratorio, sintetizzando materiali su scala nanometrica utilizzando una tecnologia a fiamma semplice ed altamente efficiente. Questa "cottura" di nanostrutture ha già riscosso un grande successo utilizzando l'ossido di zinco. Le recenti scoperte si concentrano sull'ossido di stagno, che apre un ampio campo di possibili nuove applicazioni. Gli scienziati dei materiali hanno pubblicato i loro ultimi dati di ricerca nel numero di oggi (venerdì, 5 giugno) della rinomata rivista scientifica Advanced Electronic Materials.

Gli ossidi metallici sfusi sono generalmente fragili, che limita gli utilizzi desiderati. Le loro strutture unidimensionali (1D), come nanostrutture a forma di cintura, mostrano un potenziale di applicazione molto maggiore a causa del loro elevato rapporto superficie/volume. Questo rapporto induce straordinarie proprietà fisiche e chimiche, compreso un alto grado di piegabilità. "Però, Le nanostrutture 1D sono ancora difficili da usare, perché integrarli in dispositivi reali è un compito impegnativo. Per superare questo problema, abbiamo sviluppato materiale macroscopico tridimensionale (3D) da nanostrutture a forma di cintura di ossido di stagno 1D. Le reti ceramiche risultanti mostrano la maggior parte delle proprietà su scala nanometrica, compresa la flessibilità. Può quindi essere utilizzato liberamente per qualsiasi applicazione desiderata. Siamo molto lieti che il nostro metodo di sintesi del trasporto di fiamma introdotto di recente sulla base dell'ossido di zinco ora consenta la semplice sintesi di reti 3D interconnesse dall'ossido di stagno", dice il dottor Yogendra Kumar Mishra, capogruppo del gruppo di lavoro "Nanomateriali funzionali" presso la Kiel University, e principale autore dello studio.

"La parte affascinante è la struttura delle singole nanostrutture a forma di cintura fornite da questa sintesi sulla base della struttura cristallina dell'ossido di stagno. A differenza della ceramica prodotta con ossido di zinco, che porta a strutture tetrapodi molto corte, l'ossido di stagno dà a lungo, strutture piatte. Sono proprio come le fettuccine", confronta il professor Rainer Adelung, Presidente del gruppo Nanomateriali Funzionali. "E queste lunghe tagliatelle piatte crescono insieme in un modo molto particolare:nel forno usato per la sintesi, le temperature rimangono appena al di sotto del punto di fusione dell'ossido di stagno. Così, le tagliatelle trovano punti di interconnessione specifici dalla cinetica invece che dalla termodinamica. Ogni giunzione è forzata in un angolo ben definito seguendo rigidi principi geometrici, che si basano sui cosiddetti difetti di gemellaggio, come ulteriormente confermato da studi di simulazione", aggiunge il professor Lorenz Kienle, Presidente del gruppo Sintesi e struttura reale. Il progetto strutturale della rete 3D all'ossido di stagno, cioè le tagliatelle cresciute insieme, è stata studiata in dettaglio mediante microscopia elettronica a trasmissione.

"Le reti 3D dell'ossido di stagno mostrano caratteristiche interessanti, come la conduzione elettrica, stabile alle alte temperature, architettura molto morbida ed estensibile, e potrebbe quindi essere interessante per diverse applicazioni tecnologiche", dice il dottor Mishra. Per esempio, un dispositivo di rilevamento elettronico portatile è già stato fabbricato. E, secondo Mishra, dimostra un potenziale significativo per le applicazioni di rilevamento di luce UV o gas. "Fino ad ora, abbiamo testato applicazioni di rilevamento. Ulteriori potenziali applicazioni potrebbero essere anche dispositivi elettronici flessibili ed estensibili, attuatori luminescenti, batterie, panni intelligenti o modelli sacrificali per la crescita di nuovi materiali." Questo lavoro è stato eseguito in collaborazione con il professor Ion Tiginyanu e i membri del suo team dell'Università tecnica della Moldova, Moldavia.

I tre scienziati di Kiel sanno:"Sviluppo di tali materiali di rete 3D da ossido di stagno, con la geometria che determina i difetti realizzati dalla sintesi del trasporto di fiamma presso la Kiel University è un passo avanti molto interessante nel futuro della crescita e delle applicazioni delle nanostrutture".