Appunti di Tecnologie innovative per la produzione, il trasporto e l'accumulo dell'energia elettrica M

Nanotecnologie

Scopo: aumento di prestazione di materiali polimerici.

• Res mecc
• Res impatto
• Prop. elettriche

Il polimero viene additivato con diversi compatibili sia origine naturale che sintetica.

La fase inorganica è aggiunta al polimero ed è detta "carica": ottengo "polimero caricato".

I materiali composti di tipo convenzionale hanno una netta separazione a livelli macroscopici tra fase organica e fase inorganica.

Nanocompositi: nuova classe di materiali caratterizzato da dispersione delle parti ultrafine (ordine nm). In virtù di questa dispersione possiedono proprietà uniche e che non hanno mai convenzionali polimeri.

Proprietà migliorabili con nanoadditivi

• Elettriche
• Meccaniche
• Termiche
• Permeabilità gas
• Resistenza alla fiamma
• Biodegradabilità

Cavi, macchine elettriche, batterie, pannelli FV, sensori, ... → isolante elettrico: meno ingombranti e migliori prestazioni.

I nano composti più studiati sono quelli additivati con silicati lamellari.

Silicati lamellari

Fisicamente facilmente esfoliabile in lamelle dell’ordine di nm.

ES montmorillonite.

2:1.

Tetraocta.

ES IATrete cristallina formata da strati bidimensionali: strato centrale ottaedrico di alluminio e magnesio fuso tra due tetraedri esterni di silice mediante atomi di alluminio.

Spessore strato silicati equivalenti ~ 1nm, dimensioni laterali fino a ordine μm.

Le lamina sono organizzate in pile con un regolare "gap di Van der Waals" detto interstrato d'argilla.

Attrazione tra strati legame deboli tipo Van der Waals ~ 0,5 eV.

Pannello di argilla:

• Cationiche: attraverso cationi → montmorillonite
• Anioniche: attraverso anioni

Nanotecnologie

Scopo: aumento di prestazione di materiali polimerici.

• Res mecc
• Res impatto
• Prop. elettriche

Il polimero viene additivato con diversi compatibili sia origine naturale che sintetica.

La fase inorganica aggiunta al polimero è detta "carica" → ottengo "polimero caricati".

I mat. compositi di tipo convenzionale hanno una netta separazione a livello macroscopico tra fase organica e fase inorganica.

Nanocompositi: nuova classe di materiali caratterizzata da dispersione delle fasi ultrafine (ordine nm). In virtù di questa dispersione possiedono proprietà uniche e che non hanno mat. convenzionali o microcompositi.

Proprietà migliorabili con nanoadditivi

• Elettriche
• Meccaniche
• Termiche
• Permeabilità gas
• Resistenza alla fiamma
• Bioriciclabili

Cavi, macchine elettriche, batterie, pannelli FV, sensori... → isolante elettrico: meno ingombranti e migliori prestazioni.

I nano compositi più studiati sono quelli additivati con silicati lamellari.

Silicati lamellari

Silicati lamellari: fisicamente facilmente esfoliabili in lamelle dell'ordine di nm.

Es: montmorillonite.

2:1.

T O Tret cristallino formato da strati bidimensionali: strato centrale ottaedrico di allumina e incastrato fuso ai due tetraedri esterni di silice mediante atomi di alluminio.

Spessore strati silicati isolanti ~1nm, dimensioni laterali fino a ordine μm.

Le lamine sono organizzate in pile con un regolare GAF di Van der Waals detto interstrato gallena.

Attrazione tra strati legame debole tipo Van der Waals ~0,5 eV.

Pomiglio di argilla:

• Cationiche: attrono cationi → montmorillonite
• Anioniche: ettrano anioni

Caratteristiche dei silicati per ottenere nanocompositi

• Capacità delle particelle di silicati di disperdersi in lamelle individuali.
• Capacità di scambio ionico per reagire con altri ioni.

Polimero/Silicato lamellare: nanocomposito ottenuto da miscela di polimeri con argilla costituita da silicati lamellari con fasi organiche e inorganiche disperse a livello nanometrico.

NB: generalmente polimeri idrofobici ○ organico = idrofobo argilla idrofile.

Per poter penetrare all'interno di strati silicati delle nanoparticelle, occorre modificare la superficie dell'argilla rendendola organofilica. Si utilizzano molecole con una testa idrofila (che si ancorano su S dell'argilla) ed una catena alifatica che rende organofilica la superficie, favorendo l'intercalazione del polimero. Tali molecole sono dette compatibilizzanti.

Infatti ammoniaci hanno testa idrofila di C argillo coda idrofoba di C polimero.

Processo

Argilla → Argilla modificata.

Le argille modificate organofiliche hanno energia superficiale più basso rispetto a quella dell'argilla non modificata = aumento spazio tra lamelle = esfoliazione.

Tipologie di nanocompositi