I rivestimenti e i film sottili a base di nanoparticelle (NPs) sono utilizzati in diversi prodotti e applicazioni, tra cui display, sensori, dispositivi medici e dispositivi di stoccaggio dell’energia. Molti metodi di sintesi di nanoparticelle sono già ben noti, ma per poterle utilizzare nelle applicazioni sopra menzionate, le NPs devono essere trasferite dalla fase di soluzione alla superficie di un substrato, spesso sotto forma di monostrato o multistrato a spessore definito. A tal fine, sono necessari metodi di deposizione controllati.

I metodi più comuni per fabbricare film sottili di nanoparticelle includono le deposizioni Langmuir-Blodgett (LB) e Langmuir-Schaefer (LS), il self-assembling durante l’evaporazione del solvente, il dip coating e lo spin coating.

La maggior parte delle tecnologie che impiegano monostrati di nanoparticelle richiedono una disposizione densa dell’impacchettamento e, in molti casi, che le particelle siano organizzate in array regolari. Per questo motivo, è fondamentale per il successo di un metodo di fabbricazione dimostrare il controllo preciso della cinetica di assemblamento.

Il metodo più semplice per la deposizione di nanoparticelle è la tecnica di evaporazione con solvente: la soluzione colloidale di nanoparticelle viene prima sparsa sul substrato, il solvente viene fatto evaporare e le nanoparticelle si stabilizzano e sono tenute in posizione da un’attrazione di Van der Waals. Il flusso di Marangoni che si verifica durante l’evaporazione del liquido solvente porta però al cosiddetto effetto “anello di caffè”, in base al quale un maggior numero di nanoparticelle si deposita in corrispondenza della linea di spillamento del menisco, portando spesso a regioni multistrato sul bordo della goccia.

Un altro metodo relativamente semplice è noto come metodo Doctor Blade. Con questa tecnica, una soluzione di nanoparticelle viene posta sulla superficie e si usa una lama per stendere la soluzione. La velocità con cui la lama si muove sulla superficie definisce un fronte di essiccazione e influenza il modo in cui le nanoparticelle si assemblano. Nel caso in cui sia necessario ricoprire tipologie di substrato non piatte può risultare difficoltoso.

I metodi di rivestimento a rotazione e a immersione sono facili da eseguire, tuttavia, è necessario un rigoroso controllo ambientale e i monostrati ad alta densità possono risultare difficili da ottenere. Per natura, il volume di sospensione di nanoparticelle richiesto sia per lo spin coating sia per il dip coating può rendere la tecnica poco attraente quando si utilizzano materiali rari o costosi, poiché gran parte della sospensione va sprecata.

I metodi di deposizione Langmuir-Blodgett (LB) e Langmuir-Schaefer (LS) offrono la possibilità di un eccellente controllo della densità di impaccamento, ottenendo facilmente monostrati ravvicinati la cui cristallinità può estendersi per millimetri e centimetri. Sono richiesti volumi inferiori di soluzione colloidale e i depositi possono essere realizzati su substrati convenzionalmente difficili da trattare.

In sintesi, con i metodi LB e LS è possibile:

• Controllare con precisione lo spessore del monostrato (film sottile) e la densità di impaccamento.
• Ottenere una deposizione omogenea su grandi aree.
• Formare multistrati ciascuno con composizione specifica.
• Depositare su qualsiasi tipo di substrato rigido, o anche semirigido.
• Utilizzare in modo efficiente la sospensione di nanoparticelle disponibile.

Nell’approfondimento sono discussi in modo dettagliato i principi fondamentali dei metodi di deposizione LB e LS.