ESPOSIZIONE FOTOGRAFICA – MATERICA: LA SCIENZA COME NON TE LA IMMAGINI

Venti scatti fotografici di immagini di materiali di ultima generazione, di fondamentale interesse per l’ambiente e l’energetica i quali, sebbene ancorati alla loro natura scientifica tramite rigorose didascalie, suggeriscono in maniera fortemente evocativa ulteriori visioni oltre quelle rappresentate, giocando con l’immaginazione per cogliere anche il lato estetico nella ricerca di frontiera.
La mostra fotografica è promossa dall’Ambasciata d’Italia in Messico in collaborazione con Città della Scienza in Italia ed Universum in Messico, Verrà allestita all’Istituto di Cultura del Messico non appena la contingenza pandemica lo consentirà.
Gli autori delle foto sono i ricercatori del CNR Mauro Caccavale, e Michela Alfé.

Veinte tomas fotográficas de imágenes de materiales de última generación de fundamental interés para el medio ambiente y la energía que, aunque ancladas a su carácter científico a través de rigurosas leyendas, sugieren de manera muy evocadora visiones más allá de las representadas, jugando con la imaginación y captando también el lado estético de la ciencia de frontera.La exposición fotográfica es promovida por la Embajada de Italia en México en colaboración con Nápoles Ciudad de la Ciencia en Italia y el Museo Universumde la UNAM en México. Se instalará en el Instituto de Cultura de México en cuanto la contingencia pandémica lo permita.Autores de las fotos son los investigadores del CNR Mauro Caccavale y Michela Alfé.

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01_Fiamma

Una fiamma che brucia in condizioni controllate può essere considerata come vero e proprio reattore chimico per la sintesi in fase gassosa di nano materiali. Il principio di base è quello di produrre una fiamma bruciando un combustibile con un ossidante: agendo sui parametri di fiamma (rapporto combustibile/ossidante, tipologia del combustibile …) e/o sull’introduzione di un sale precursore nella fiamma ossidante, è possibile produrre materiali a base di carbonio e/o ossidi nanocristallini con caratteristiche chimico-fisiche specifiche.

Una llama que arde en condiciones controladas puede considerarse como un verdadero reactor químico para la síntesis en fase gaseosa de nanomateriales. El principio básico es producir una llama quemando un combustible con un oxidante: actuando sobre los parámetros de la llama (relación combustible / oxidante, tipo de combustible …) y / o sobre la introducción de una sal precursora en la llama oxidante, es posible producir materiales a base de carbono y / o óxidos nanocristalinos con características químico-físicas específicas

02_Carbon black

Il carbon black è un materiale a base di carbonio prodotto dalla combustione incompleta di residui del petrolio, costituito da materiale idrofobico organizzato in strati grafenici più o meno curvati rispetto alla ideale planarità del grafene. La presenza di zone poco organizzate (amorfe e disordinate) lo rende più reattivo dalla grafite, dalla quale viene comunemente prodotto il grafene. Il carbon black è un materiale molto versatile che è possibile modificare strutturalmente e chimicamente in condizioni abbastanza blande.

El carbon black está constituido en gran parte por material hidrofóbico organizado, a nivel de nanoescala, en capas de grafeno con varios grados de desviación de la planaridad. La presencia de áreas menos organizadas (es decir, carbono amorfo y desordenado) hace que las partículas de carbon black sean más reactivas que el grafito del cual se obtiene el grafeno. El carbon black es un material carbonoso versátil propenso a modificarse estructural y químicamente en condiciones bastante suaves.

03_Carbon black magnetici

La riduzione dell’effetto serra, responsabile del riscaldamento globale, prevede la rimozione dall’atmosfera dei cosiddetti gas serra, tra i quali l’anidride carbonica (CO2). Le attuali tecnologie di cattura e stoccaggio del carbonio (CCS) sviluppano strategie per l’allontanamento della CO2 dall’atmosfera e la conservazione a lungo termine in luoghi adatti. La CCS che prevede la cattura della CO2 a valle dei sistemi di combustione in materiali solidi è una delle opzioni più promettenti attualmente disponibili. Le particelle di ossido di ferro magnetiche (magnetite) sono economiche e catturano in maniera efficace la CO2 ma tendono ad agglomerare. Il carbon black ricoperto con magnetite ha inoltre l’enorme vantaggio di minimizzare l’agglomerazione delle particelle di magnetite, migliorando così le prestazioni di cattura di CO2 e permettendone l’utilizzo in larga scala in sistemi tecnologicamente avanzati.

La reducción del efecto invernadero, responsable del calentamiento global, implica la eliminación de los llamados gases de efecto invernadero de la atmósfera, incluido el dióxido de carbono (CO2). Las tecnologías actuales de captura y almacenamiento de carbono (CAC) desarrollan estrategias para la eliminación de CO2 de la atmósfera y el almacenamiento a largo plazo en ubicaciones adecuadas. La CCS que implica la captura de CO2 río abajo de los sistemas de combustión de materiales sólidos es una de las opciones más prometedoras actualmente disponibles. Las partículas magnéticas de óxido de hierro (magnetita) son económicas y capturan CO2 de forma eficaz, pero tienden a aglomerarse. El carbon black recubierto con magnetita también tiene la enorme ventaja de minimizar la aglomeración de partículas de magnetita, mejorando así el rendimiento de captura de CO2 y permitiendo su uso a gran escala en sistemas tecnológicamente avanzados.

04_Materiali grafenici

La foto mostra blocchetti di materiale grafenico ottenuti dal carbon black, un materiale prodotto dalla combustione incompleta di residui del petrolio, utilizzando una procedura alternativa rispetto a quella classica che prevede l’utilizzo di grafite come materiale di partenza. Il nuovo metodo offre la possibilità di ottenere grandi quantità di materiale grafenico ad un basso costo con una particolare attenzione all’impatto ambientale.

La foto muestra bloques de material grafénico obtenido a partir del carbon black, material producido por la combustión incompleta de residuos de petróleo, utilizando un procedimiento alternativo al clásico que implica el uso de grafito como material de partida. El nuevo método ofrece la posibilidad de obtener grandes cantidades de material de grafeno a bajo costo con especial atención al impacto ambiental.

05_Film di materiale grafenico 1
06_Film di materiale grafenico 2

Il materiale grafenico prodotto a partire dal carbon black in specifiche condizioni tende ad auto-organizzarsi in film sottili dopo l’essiccazione, grazie alle interazioni idrofobiche tra gli strati grafenici, le stesse forze che tengono insieme le molecole di olio. Con questo materiale è possibile produrre film conduttivi ultrasottili (20 nm) e piatti, con potenziali applicazioni in optoelettronica e nella sensoristica.

El material grafénico producido a partir del carbon black en condiciones específicas tiende a autoorganizarse en películas delgadas después del secado, gracias a las interacciones hidrofóbicas entre las capas de grafeno, las mismas fuerzas que mantienen unidas las moléculas de aceite. Con este material se pueden producir películas conductoras planas delgadas (20 nm), con potenciales aplicaciones en optoelectrónica y sensorística.

07_Materiale grafenico per ricoprimento 1
08_Materiale grafenico per ricoprimento 2

MATERIALE GRAFENICO PER IL RICOPRIMENTO DI SUPERFICI NON PLANARI
Lo spessore e quindi la trasparenza dei film ottenuti da materiale grafenico prodotto a partire dal carbon black possono essere controllati per essere usati in varie e differenti applicazioni elettriche, ottiche e biologiche. Date le piccole dimensioni del materiale grafenico, i film possono agevolmente ricoprire superfici non planari, seguendone le rugosità. Nelle foto sono riportati film che aderiscono alle rugosità concentriche di un vetro e di una superficie di alluminio che presenta solchi regolari.

MATERIAL GRAFÉNICO PARA EL RECUBRIMIENTO DE SUPERFICIES NO PLANAS
El grosor y por tanto la transparencia de las películas obtenidas a partir de material grafénico producido a partir de carbon black se puede controlar para su uso en diversas y diferentes aplicaciones eléctricas, ópticas y biológicas. Dado el pequeño tamaño del material de grafeno, las películas pueden cubrir fácilmente superficies no planas, siguiendo su rugosidad. Las fotos muestran películas que se adhieren a la rugosidad concéntrica de un vidrio y una superficie de aluminio con ranuras regulares.

09_Grafeni magnetici

Grazie alla loro buona stabilità in acqua, dovuta a gruppi funzionali contenenti ossigeno, i materiali grafenici prodotti a partire dal carbon black sono nanomateriali molto versatili, adatti alla preparazione in acqua di ibridi e compositi con caratteristiche chimico/fisiche (microporosità, conducibilità, prestazioni catalitiche e biocompatibilità) modulabili. La foto mostra ibridi di grafene/ossido di ferro magnetici ottenuti combinando strati di grafene e sali di ferro, in bilico su una calamita.

Gracias a su buena estabilidad en agua, debido a los grupos funcionales que contienen oxígeno, los materiales grafénicos producidos a partir del carbon black son nanomateriales muy versátiles, aptos para la preparación en agua de híbridos y compósitos con características químico / físicas (microporosidad, conductividad, comportamiento catalítico y biocompatibilidad) modulares. La foto muestra híbridos magnéticos de grafeno / óxido de hierro obtenidos al combinar capas de grafeno y sales de hierro, flotando sobre un imán.

10_Melanine 1
11_Melanine 2

Le eumelanine, i polimeri della pelle umana che ci proteggono quotidianamente dai raggi ultravioletti, trovano interessanti e promettenti applicazioni nella disciplina della bioelettronica organica. Tuttavia, la bassa conducibilità elettrica di questi pigmenti limita la realizzazione di dispositivi basati sulla sola eumelanina. Per superare il problema è stato prodotto un nuovo materiale ibrido integrando materiale grafenico conduttore all’interno del pigmento eumelanina. Il nuovo materiale è caratterizzato da una promettente biocompatibilità con cellule staminali e cellule neuronali e una conduttività di quattro ordini di grandezza più elevata rispetto alle eumelanine pure.

Las eumelaninas, los polímeros de la piel humana que nos protegen a diario de los rayos ultravioleta, encuentran aplicaciones interesantes y prometedoras en la disciplina de la bioelectrónica orgánica. Sin embargo, la baja conductividad eléctrica de estos pigmentos limita la realización de dispositivos basados en eumelanina sola. Para superar este problema, se produjo un nuevo material híbrido integrando material de grafeno conductor dentro del pigmento de eumelanina. El nuevo material se caracteriza por una biocompatibilidad prometedora con células madre y células neuronales y una conductividad cuatro órdenes de magnitud superior a la de las eumelaninas puras.

12_MOF con grafeni

Sono materiali cristallini di nuova generazione che posseggono una alta area superficiale (paragonabile o maggiore a quella delle zeoliti, minerali cristallini microporosi di origine vulcanica) ed una porosità altamente controllabile che permette loro di accumulare sulle enormi superfici interne un gran numero di molecole di gas. Una delle caratteristiche più appariscenti di alcuni MOF è il progressivo cambiamento di colore a seguito dell’assorbimento di acqua dell’atmosfera. La fotografia cattura il cambiamento di colore, da blu ad azzurro ceruleo, di una MOF a base di rame, esposta all’aria.

Las metal organic framework (MOF) son materiales cristalinos de nueva generación que tienen una alta superficie (comparable o mayor a la de las zeolitas, minerales cristalinos microporosos de origen volcánico) y una porosidad altamente controlable que les permite acumular una gran cantidad de moléculas de gas en las enormes superficies internas. Una de las características más llamativas de algunos MOF es el cambio progresivo de color como resultado de la absorción de agua de la atmósfera. La fotografía captura el cambio de color de azul a azul cerúleo de un MOF a base de cobre cuando se expone al aire.

13_MOF

Un materiale cristallino metal organic framework (MOF) a base di rame è stato combinato con grafeni per ottenere un materiale ibrido che, diversamente dalla MOF di partenza, è conduttivo. Il nuovo materiale può essere ottenuto con una quantità variabile di grafeni in modo da modularne la porosità e le caratteristiche elettriche. Questi nuovi materiali ibridi aprono notevoli prospettive nel campo della sensoristica e delle strategie di cattura della CO2. La presenza del rame conferisce un caratteristico colore blu all’ibrido.

Un material cristalino metal organic framework (MOF) a base de cobre se ha combinado con grafenos para obtener un material híbrido que, a diferencia del MOF inicial, es conductor. El nuevo material se puede obtener con una cantidad variable de grafenos para modular su porosidad y características eléctricas. Estos nuevos materiales híbridos abren importantes perspectivas en el campo de los sensores y las estrategias de captura de CO2. La presencia de cobre le da al híbrido un característico color azul.

14_PVP

Il polivinilpirrolidone (PVP) è un polimero solubile in acqua costituito da monomeri di N-vinilpirrolidone. In condizioni controllate il PVP forma un gel oro – giallo stabile che contiene fino al 80% del suo peso in acqua. Il gel di PVP è morbido e biocompatibile e trova applicazione come componente dei cerotti transdermici agendo da ritardante della cristallizzazione del farmaco migliorandone la solubilità e quindi l’assorbimento attraverso la pelle.

La polivinilpirrolidona (PVP) es un polímero soluble en agua elaborado a partir de monómeros de N-vinilpirrolidona. En condiciones controladas específicas, la PVP forma un gel estable de color amarillo dorado que contiene hasta un 80% de su peso en agua. El gel de PVP es suave y biocompatible y encuentra aplicación como componente de los sistemas de suministración de fármacos transdérmicos. El gel de PVP actúa como agente antinucleante que retarda la cristalización del fármaco mejorando la solubilidad y la absorción a través de la piel.

15_PVP con grafeni

Il polimero polivinilpirrolidone (PVP) è solubile in acqua e altri solventi polari ed è altamente compatibile con materiale grafenico prodotto a partire dal carbon black, che ha la caratteristica di restare stabile in sospensione acquosa. In condizioni controllate il PVP ed il materiale grafenico insieme formano un gel nero morbido e stabile contenente fino al 80% del suo peso in acqua. Grazie alla biocompatibilità e al parziale carattere idrofobico del materiale grafenico, il gel trova una ideale applicazione come componente dei cerotti transdermici per la veicolazione attraverso la pelle di farmaci non polari.

El polímero de polivinilpirrolidona (PVP) es soluble en agua y otros disolventes polares y es altamente compatible con material grafénico producido a partir de carbon black, que tiene la característica de permanecer estable en suspensión acuosa. En condiciones controladas, el PVP y el material grafénico forman juntos un gel negro suave y estable que contiene hasta el 80% de su peso en agua. Gracias a la biocompatibilidad y al carácter hidrofóbico parcial del material grafénico, el gel encuentra una aplicación ideal como componente de los parches transdérmicos para la suministración de fármacos no polares a través de la piel.

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Una molecola di liquido viene attratta in tutte le direzioni dalle molecole sue vicine. Una molecola che si trova alla superficie del liquido si trova in una situazione particolare perché è attratta dai suoi vicini che si trovano ai suoi lato e al di sotto, ma non al di sopra della superficie. La molecola sulla superficie tenderà ad essere attratta all’interno del liquido e ad allontanarsi dalla superficie. Viceversa, per spostare una molecola di un liquido sulla superficie occorre compiere un lavoro. Chiaramente ci devono essere sempre alcune molecole in superficie. Queste molecole sono quindi sottoposte costantemente ad una forza, ma minore è l’area della superficie del liquido, minore è l’energia che serve per mantenerle sulla superficie. La forma geometrica che ha il più piccolo rapporto tra superficie e il volume è la sfera, questo è il motivo per cui piccole quantità di liquido tendono a formare gocce sferiche. Se le gocce diventano più grandi, il loro peso le deforma creando affascinanti figure. Pensate ad una bolla come ad una goccia cava…

Una molécula líquida es atraída en todas direcciones por sus moléculas vecinas. Una molécula que se encuentra en la superficie del líquido se encuentra en una situación particular porque es atraída por sus vecinos que están de lado y por debajo, pero no por encima de la superficie. La molécula en la superficie tenderá a ser atraída hacia el interior del líquido y alejarse de la superficie. Por el contrario, para mover una molécula de un líquido en la superficie, hay que hacer trabajo. Claramente, siempre debe haber algunas moléculas en la superficie. Por lo tanto, estas moléculas están sometidas constantemente a una fuerza, pero cuanto menor es la superficie del líquido, menos energía se necesita para mantenerlas en la superficie. La forma geométrica que tiene la menor proporción entre superficie y volumen es la esfera, por lo que pequeñas cantidades de líquido tienden a formar gotas esféricas. Si las gotas se agrandan, su peso las deforma creando figuras fascinantes. Piense en una burbuja como una gota hueca…

18_Dialisi di grafeni

La dialisi è una comune tecnica di laboratorio che permette di separare, per mezzo di una membrana semipermeabile, molecole di grosse dimensioni o particelle da piccole impurezze. A volte però si possono manifestare affascinanti fenomeni quando la membrana, immersa in acqua, è conservata a basse temperature per evitare la crescita di muffe. L’immagine mostra un curioso fenomeno di formazione di canali di aria in seguito all’inatteso congelamento di una membrana di dialisi contenente una sospensione di grafeni da purificare.

La diálisis es una técnica habitual de laboratorio que permite separar, mediante una membrana semipermeable, grandes moléculas o partículas de pequeñas impurezas. A veces, sin embargo, pueden ocurrir fenómenos fascinantes cuando la membrana, sumergida en agua, se almacena a bajas temperaturas para evitar el crecimiento de moho. La imagen muestra un curioso fenómeno de formación de canales de aire tras la inesperada congelación de una membrana de diálisis que contiene una suspensión de grafenos por purificar.

19_Spettrografia infrarossa

La spettroscopia infrarossa utilizza la regione infrarossa dello spettro elettromagnetico, cioè la luce con una lunghezza d’onda più lunga e frequenza inferiore rispetto alla luce visibile. Come tutte le tecniche spettroscopiche, è uno strumento fondamentale per lo studio di superfici solide. I campioni solidi possono essere preparati in una varietà di modi. Un metodo comune consiste nel macinare finemente il campione con un sale estremamente puro (solitamente bromuro di potassio). La miscela di polveri viene poi schiacciata in una pressa meccanica per formare una pasticca traslucida attraverso la quale la luce infrarossa può passare.

La espectroscopía infrarroja utiliza la región infrarroja del espectro electromagnético, es decir, luz con una longitud de onda más larga y una frecuencia más baja que la luz visible. Como todas las técnicas espectroscópicas, es una herramienta fundamental para el estudio de superficies sólidas. Las muestras sólidas se pueden preparar de diversas formas. Un método común es triturar finamente la muestra con una sal extremadamente pura (generalmente bromuro de potasio). Luego, la mezcla de polvo se tritura en una prensa mecánica para formar una tableta translúcida a través de la cual puede pasar la luz infrarroja.

20_Analisi degli elementi

L’analisi elementare è un processo in cui un campione viene analizzato per comprenderne la sua composizione elementare. L’analisi elementare rientra nell’ambito delle discipline della chimica analitica, l’insieme degli strumenti utilizzati per decifrare la natura chimica del nostro mondo.
La forma più comune di analisi elementare, l’analisi CHN (Carbonio, idrogeno e azoto), prevede la combustione del campione da analizzare in apposite colonne riempite con appositi granelli. Il campione viene bruciato in un eccesso di ossigeno e, attraverso varie trappole, vengono raccolti i prodotti di combustione (anidride carbonica, acqua e ossidi di azoto). Le masse di questi prodotti di combustione sono utilizzati per calcolare la composizione elementare del campione.

El análisis elemental es un proceso en el que se analiza una muestra para comprender su composición elemental. El análisis elemental forma parte de las disciplinas de la química analítica, el conjunto de herramientas que se utilizan para descifrar la naturaleza química de nuestro mundo.
La forma más común de análisis elemental, el análisis CHN (carbono, hidrógeno y nitrógeno), implica la combustión de la muestra a analizar en columnas especiales llenas de granos especiales. La muestra se quema en exceso de oxígeno y, a través de varias trampas, se recogen los productos de la combustión (dióxido de carbono, agua y óxidos de nitrógeno). Las masas de estos productos de combustión se utilizan para calcular la composición elemental de la muestra.