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Como se faz nano?

Nanoestruturas podem ser feitas de dois modos: de cima para baixo (top-down) e de baixo para cima (bottom-up).

No top-down, parte-se de estruturas maiores, usando técnicas como a litografia para criar padrões menores.

Já no bottom-up, moléculas específicas se auto-organizam em estruturas maiores.

Os processos top-down ocorrem em sistemas secos, enquanto os bottom-up são realizados em meios aquosos ou com solventes orgânicos. Engenheiros preferem o método top-down, enquanto químicos e biólogos preferem o bottom-up.

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Trata-se de um encontro da química, física, engenharia e biologia. As diferentes interfaces são ricas de relevantes problemas científicos e oportunidades de geração de novas tecnologias.

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Nano na natureza

Existem efeitos nano na natureza, como a iridescência, que ocorre quando estruturas em escala nanométrica, como as presentes nas asas de borboletas e penas de pavões, interagem com a luz. Isso faz com que a cor mude dependendo do ângulo de iluminação.

Lagartixas, por exemplo, têm nanoventosas nas patas que lhes permitem aderir a diversas superfícies. Outros exemplos incluem o efeito lótus, em que nanoestruturas fazem com que folhas de plantas sejam super-hidrofóbicas, repelindo a água. Até os dentes humanos possuem nanoestruturas que lhes conferem alta resistência mecânica.

Esses fenômenos são parte do nosso cotidiano, mesmo que muitas vezes não nos demos conta disso.

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Onde está a nanotecnologia no setor produtivo?

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Onde está a nanotecnologia no setor produtivo?

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- Nanotecnologia no presente: A nanotecnologia não é apenas uma promessa para o futuro, já está presente no setor produtivo global.

- Natureza da incorporação: A aplicação da nanotecnologia ocorre de maneira mais incremental do que revolucionária.

- Adaptação empresarial: Um número crescente de empresas, tanto as especializadas em nanotecnologia quanto as que não eram originalmente do setor, está incorporando a nanotecnologia em seus portfólios.

- Destaque setorial: Alguns setores se destacam no lançamento de produtos obtidos por meio da nanotecnologia ou que possuem nanotecnologia incorporada.

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Ana Carolina Andrade

Anna Fábia Romanha

Ciro Miranda

João Rafael Zanelato

Mariane Marçal

Pietro Ferrari

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Setores destacados no uso da nanotecnologia 

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Setores destacados no uso da nanotecnologia 

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1. Energia: Aplicações em células solares, baterias, redes de energia e pás para geradores eólicos.

2. Iluminação: LEDs avançados, incluindo para uso público e automotivo.

3. Automotivo: Pinturas especiais, sensores, catalisadores e tecnologia antibacteriana.

4. Esportes: Materiais como nanotubos de carbono em raquetes, tênis e roupas esportivas.

5. Têxteis: Tecidos com resistência à sujeira, antibacterianos e impermeáveis.

6. Embalagens: Embalagens inteligentes que protegem contra gases e decomposição.

7. Cosméticos: Protetores solares e produtos para recuperação da pele.

8. Fármacos: Novos métodos de administração de medicamentos, incluindo para tratamento de câncer.

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Avanços incluem implantes médicos, materiais bioabsorvíveis e sistemas para monitoramento de saúde (como insulina e audição).

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1. Nanoestruturas passivas (2000-2005): Pesquisa com nanopartículas e superfícies nanoestruturadas.

2. Nanoestruturas ativas (após 2006): Produção de componentes eletrônicos e sistemas de distribuição de medicamentos.

3. Sistemas de nanosistemas (após 2010): Foco em arquitetura e redes para eletrônica e robótica.

4. Nanosistemas moleculares (2015-2020): Desenvolvimento de dispositivos com funções emergentes em nível atômico.

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Novas propriedades decorrentes da escala

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Novas propriedades decorrentes da escala

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Muitas propriedades fundamentais dos materiais, como as químicas, físicas e mecânicas, podem sofrer mudanças drásticas. Um exemplo conhecido desde o século XVII é que a alteração no tamanho das partículas de ouro incorporadas à sua composição pode modificar as cores do vidro. A Taça de Licurgo, uma peça romana do século IV d.C., exposta no Museu de Londres, é feita de bronze com um baixo relevo de vidro rubi. Isso ocorre porque as partículas de ouro presentes, com aproximadamente 20 nm, causam uma coloração vermelha no vidro, que absorve luz em torno de 530 nm. Esse efeito foi observado por Michael Faraday em 1857, durante seus estudos com coloides metálicos.

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Isso quer dizer que é possível ter ouro de diferentes cores?

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Isso quer dizer que é possível ter ouro de diferentes cores?

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Sim, o tamanho das partículas pode influenciar a cor do ouro, que pode variar entre laranja, púrpura, vermelho ou verde. Esse fenômeno é conhecido como efeito de confinamento quântico, e as nanopartículas responsáveis são chamadas de pontos quânticos. Esse efeito não se limita a nanopartículas metálicas, sendo bastante comum em semicondutores também.

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• A compreensão da nanotecnologia exige uma mudança na forma de enxergar o mundo, adaptando o pensamento para lidar com ordens de magnitude muito menores.

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• A diferença de tamanho entre os objetos cotidianos, como tijolos e casas, é de poucas ordens de grandeza (2-6 ordens), enquanto a maior distância observável no universo é 53 ordens de grandeza maior que o comprimento de Planck.

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Escala de tamanho:

• Pulga: 5 x 10⁻² m

• Lápis: 1,3 x 10⁻¹ m

• Elefante: 3 m

• Campo de futebol: 10² m

• Linha do horizonte: 3 x 10⁴ m

Escala nano:

• 1 nanômetro (nm) é igual a 10⁻⁹ metros, aproximadamente 100 mil vezes menor que o diâmetro de um fio de cabelo.

• A nanotecnologia trabalha com objetos entre 1 e 100 nm, a mesma escala dos átomos e moléculas.

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Tamanhos de entidades na escala nano:

• Átomo de hidrogênio: 0,1 nm

• DNA: 2 nm

• Proteínas: 5-50 nm

• Vírus: 75-100 nm

• Células brancas: até 10.000 nm

Entidades típicas da nanotecnologia:

• Nanopartículas: 1-100 nm

• Fulereno (C60): 1 nm

• Quantum dot: 8 nm

Fenômenos e escalas:

• Gravidade, fricção e combustão atuam em escalas de centímetros a milímetros.

• Efeitos quânticos dominam na escala nanométrica e angstrom.