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Computational materials science based on multiscale approach is very promising in the domain of nanoscience. It gives the modeler a route from the atomistic description of the system to a trust-worthy estimate of the properties of a material, obtained from the underlying molecules in a quantifiable manner. In this thesis we discuss general guidelines for its implementation in the field of nanomaterials and propose an alternative pathway to link effectively atomistic to mesoscopic scale and this, in turn, to the macroscopic scale. As proofs of concept for the reliability of the proposed approach, we consider several systems of industrial interest, ranging from polymeric nanocomposite materials, to epoxy resins, block copolymers, and gels for biomedical applications. In this context, we ascertain that multiscale molecular modelling can play a crucial role in the design of new materials whose properties are influenced by the structure at nanoscale. The results suggest that the combination of simulations at multiple scales can unleash the power of modeling and yield important insights.

Le tecniche computazionali fondate su un approccio multiscala costituiscono uno strumento molto promettente nel campo della nanoscienza e dei nanomateriali. Esse forniscono al modellatore un percorso quantitativo che parte dalla descrizione atomistica fino alle proprietà finali del materiale. In questo lavoro di tesi sono discusse le linee guida per l’implementazione della modellistica multiscala nel settore dei nanomateriali ed è proposta una strategia alternativa alle soluzioni attualmente esistenti per collegare la scala atomistica alla mesoscala e, successivamente, la mesoscala alla scala macroscopica. Per dimostrare la validità del metodo proposto, sono stati presi in esame differenti sistemi di interesse industriale, i quali comprendono materiali nanocompositi polimerici, resine epossidiche, copolimeri a blocchi, e gel per applicazioni biomediche. In questo contesto, si è evidenziato come la modellistica multiscala possa svolgere un ruolo cruciale nella progettazione di nuovi materiali le cui proprietà sono influenzate dalla struttura a scala nanometrica. I risultati suggeriscono che la combinazione di simulazioni su scale multiple amplifica sinergicamente la potenza della modellazione e può fornire importanti intuizioni.

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