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Novas propriedades decorrentes da escala

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Novas propriedades decorrentes da escala

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Propriedades na escala nanométrica: As propriedades químicas, físicas e mecânicas dos materiais mudam significativamente na escala nanométrica.

Exemplo histórico: O vidro rubi, conhecido desde o século XVII, mudava de cor devido à adição de nanopartículas de ouro em sua composição. A variação no tamanho dessas partículas faz com que o vidro adquira diferentes colorações.

Efeito quântico de tamanho: Dependendo do tamanho das partículas de ouro, é possível ter cores como laranja, púrpura, vermelha ou verde. Esse fenômeno é conhecido como "quantum size effect" e ocorre com nanopartículas chamadas de pontos quânticos (quantum dots).

Semicondutores: O efeito quântico de tamanho também afeta semicondutores, como o Seleneto de Cádmio (CdSe), que contém pontos quânticos de diferentes tamanhos (entre 2-7 nm).

Demonstração visual: Na imagem, observam-se variações no tamanho dos pontos quânticos e sua fluorescência quando irradiados com laser, mostrando como o comportamento dos materiais muda da escala nano para a macro.

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Início da nanociência: A preocupação com o "muito pequeno" existe desde a Grécia Antiga com Leucipo e Demócrito, que propuseram que tudo seria composto de átomos indivisíveis.

- John Dalton (1803): Introduziu a ideia de que átomos são como "bolas de bilhar" e constituem elementos e compostos.

- Ernest Rutherford (1908): Propôs o modelo atômico baseado no "sistema solar", com um núcleo positivo e elétrons negativos ao redor.

- Niels Bohr (1915): Refinou o modelo atômico, sugerindo que os elétrons orbitam o núcleo em órbitas circulares.

A história recente da nano:

- Década de 1960: A miniaturização é explorada por diversos laboratórios, e a eletrônica já tratava do "muito pequeno".

- Richard Feynman (1959): Destacou que a física atômica permite avanços tecnológicos.

- Norio Taniguchi (1957): Introduz o termo "nanotecnologia", referindo-se a tecnologias com tolerâncias menores que 1 micron.

Avanços e descobertas na nanociência:

- Gerd Binning e Heinrich Rohrer (1981): Criaram o microscópio de tunelamento.

- Descoberta dos fulerenos (1985): Estruturas estáveis de carbono, descobertas por Robert Curl e Harold Kroto.

- Eric Drexler (1981): Popularizou a nanociência com seu livro "Engines of Creation".

- Donald Eigler (1989): Manipulou átomos para criar padrões.

- Sumio Iijima (1991): Descobriu os nanotubos de carbono, estruturas com alta resistência.

- Investimentos em nanotecnologia: EUA lidera iniciativa de nanociência com participação global.

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Grande e Pequeno: As crianças enxergam as coisas em categorias simples, tipo grande ou pequeno.

Diferença de Tamanhos: No dia a dia, a de tamanho entre as coisas não é tão grande (tipo entre um elefante e uma pulga), mas no universo, a diferença vai de 53 ordens de grandeza.

Nanotecnologia: Trabalha com coisas super pequenas, de 1 a 100 nanômetros, e envolve fenômenos como o tunelamento quântico e forças de van der Waals.

Escala Nano: 1 nanômetro é um bilionésimo de metro. Exemplos: átomo de hidrogênio (0,1 nm), DNA (2 nm), nanopartículas (1-100 nm).

Comparando Tamanhos: 1 nanômetro é 100 mil vezes menor que um fio de cabelo. Células brancas (10.000 nm) são bem maiores que partículas na escala nano.

Fenômenos e Escalas: Coisas como gravidade e fricção importam em escalas maiores, enquanto na nanoescala o que conta são forças de van der Waals e movimento browniano.

Por que Isso Importa: Entender essas escalas é crucial para trabalhar com nanotecnologia.

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Os processos de nanotecnologia funcionam como peças que se encaixam, começando com blocos de construção que avançam para uma condição de maior estabilidade. Em geral, processos top-down ocorrem em sistemas secos e são preferidos por físicos e engenheiros, enquanto os bottom-up ocorrem em meio aquoso ou solvente orgânico, sendo mais utilizados por químicos e biólogos.

Métodos de "Top-down": Consistem na redução de materiais maiores em nanoestruturas menores, utilizando processos como litografia e moagem. Um exemplo é a fabricação de circuitos integrados em chips.

Métodos de "Bottom-up": Involvem a montagem de átomos e moléculas para formar estruturas nanométricas através de processos químicos.

Litografia por Feixe de Elétrons: Usa feixes de elétrons para criar padrões precisos em nanômetros, comumente aplicada na fabricação de componentes eletrônicos.

Existe efeito nano na natureza?

Sim, a nanotecnologia está presente em fenômenos conhecidos, como a iridescência observada na mistura de água com óleo, nas asas da borboleta azul e nas penas do pavão. Esses efeitos ópticos ocorrem devido a nanoestruturas que interagem com a luz e modulam o índice de refração, mudando a cor conforme o ângulo de observação.

As lagartixas também demonstram nanotecnologia com nanoventosas nas patas, que lhes permitem aderir fortemente a diversas superfícies, como vidros e metais, possibilitando a locomoção em qualquer direção.

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A nanotecnologia é uma área multidisciplinar que integra química, física, engenharia e biologia. Ela cria novas oportunidades científicas e tecnológicas e promove a convergência entre setores como biofármacos, infotecnologia e nanotecnologia. Mesmo que o estudo de átomos e moléculas seja antigo, apenas nos anos 80 foi possível manipular nanopartículas de forma isolada. Na escala nanométrica, as propriedades químicas e físicas se tornam inseparáveis, exigindo colaboração entre químicos, físicos, engenheiros e biólogos para explorar essas características.

A nanotecnologia impacta diversos setores, como energia (células solares e baterias), iluminação (LEDs com quantum dots), automobilístico (pinturas e catalisadores), esportes (raquetes e roupas esportivas), tecidos (resistentes à sujeira e antibacterianos), embalagens (inteligentes e de barreira), cosméticos (protetores solares) e fármacos (nanopartículas para terapias). O setor de Ciências da Vida também se destaca com produtos implantáveis e avanços em diagnóstico e tratamento, enquanto a eletrônica continua inovando com chips e dispositivos de alta performance.