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Resumo Nanotecnologia (págs. 23–29)

Métodos:

Top-down: parte do grande → pequeno.

Bottom-up: átomos → nanoestruturas.

Multidisciplinar: química, física, biologia, engenharia.

Integrações: nanotecnologia + biotecnologia + infotenologia.

Aplicações:

Energia: baterias, painéis solares.

Iluminação: LEDs, quantum dots.

Automóveis: tintas, catalisadores.

Esportes: raquetes, roupas.

Tecidos: antibacterianos, repelentes.

Embalagens: conservação de alimentos.

Cosméticos: protetor solar, pele.

Saúde: drug-delivery, câncer, implantes.

Gerações (Roco):

1. Estruturas passivas.

2. Estruturas ativas.

3. Sistemas complexos.

4. Dispositivos moleculares.

Mercado:

US$ 146 bi (2007).

US$ 1 a 3,5 tri (2015 – previsão).

Investimento global: US$ 18 bi (2005)

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Entendendo o tamanho:

Para entender a nanotecnologia, é preciso mudar a escala e a maneira como o cérebro trabalha, pois essa é a melhor forma de entrar nesse pequeno grande mundo.

Como é possível?:

No mundo cotidiano, coisas como elefante, pulga, casa e tijolo estão na mesma escala, com poucas ordens de magnitude de diferença. A ordem de magnitude é expressa em potências de 10. A maior distância observável é de 10¹⁸ centímetros, enquanto a menor coisa é o comprimento de Planck, 4 x 10⁻³⁵ centímetros. A diferença entre elas é de 53 ordens de grandeza.

A diferença entre tijolo e casa é de duas ordens de grandeza. Entre pulga e elefante, são cinco ou seis.

Uma pulga tem cerca de 5 x x 10-2 m;

Um elefante tem cerca de 3 m.

No dia a dia, o tamanho das coisas vai da pulga até a linha do horizonte, cerca de sete ordens de grandeza.

Muitas coisas importantes do mundo estão fora dessa faixa e pertencem ao mundo da micro ou da nanoescala.

O que vem a ser a escala nano?

Os prefixos micro, nano, mili e centi indicam potências de 10. Na escala nano, 1 nanômetro é 10⁻⁹ metro, ou 0,000 000 001 m. Esse tamanho é muito menor que um fio de cabelo, um fio de teia de aranha ou um glóbulo vermelho. A nanotecnologia trabalha nessa escala, onde estão átomos e moléculas.

No Box 1, os tamanhos variam de 0,1 nm (átomo) até 10 000 nm (células brancas). Vírus e células brancas são pequenas, mas, na escala nanométrica, as células brancas são enormes. Átomo (H)- 0,1 nm;

DNA- 2 nm;

Proteínas - 5-50 nm;

Vírus - 75-100 nm;

Bactérias - 1000-10000 nm.

A nanotecnologia lida com entidades entre 1 e 100 nm, como as do Box 2: nanopartículas, fulereno, quantum dot e dendrímeros.

Nanopartículas - 1-100 nm;

Fulereno (C60) - 1 nm;

Quantum dot (CdSe) - 8 nm;

Dendrímeros - 10 nm.

Efeitos e escala de tamanho:

Efeitos como gravidade, fricção, combustão, eletrostática, Van der Waals e movimentos brownianos estão ligados à escala de tamanho. O Box 3 mostra que, ao entrar na escala nanométrica, muitos efeitos passam a ter relação com aspectos quânticos.

Centímetro - Gravidade, fricção, combustão;

Milímetro- Gravidade, fricção, combustão, eletrostática;

Micrômetro - Eletrostática, Van der Waals, browniano;

Nanômetro Eletrostática, Van der Waals, browniano, quântico;

Angström - Mecânica quântica.

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A nanotecnologia já está presente em muitos produtos, como roupas, cosméticos, tintas, artigos esportivos e até sistemas de tratamento de água.

O mundo inteiro investe nela, mas ainda existem preocupações com a segurança e regulamentação, principalmente na Europa e nos EUA.

No Brasil, a nanotecnologia aparece em setores variados: fármacos, plásticos, cerâmicas, calçados e meio ambiente.

Ela pode ajudar a resolver grandes desafios, como saúde, energia, saneamento, transporte e construção.

Além disso, minerais estratégicos (como lítio, índio e nióbio) são fundamentais, dando origem ao conceito de nanogeopolítica, que relaciona tecnologia com recursos naturais e poder mundial.

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Grafeno: o que é?

Estrutura bidimensional de carbono, com apenas um átomo de espessura, ele possui propriedades excepcionais: alta resistência mecânica, leveza, flexibilidade, condutividade elétrica e térmica, além de ser quase transparente. Tem potencial para substituir diversos materiais e originar tecnologias disruptivas.

Áreas de aplicação:

Eletrônicos: chips, transistores, supercapacitores, dispositivos sem fio.

Energia: baterias mais duráveis, supercapacitores ultrarrápidos, dessalinização de água.

Saúde: biossensores, retinas artificiais, diagnósticos de doenças.

Engenharia e indústria: tecidos resistentes ao fogo, materiais ultraleves, impressão 3D, colchões inteligentes.

Transporte: baterias e componentes para veículos elétricos e aviação.

Empresas e pesquisas internacionais:

Europa: uso em tecidos protetores, retinas artificiais, carregadores ultrarrápidos.

América (EUA e Reino Unido): IBM (chips de grafeno), Lockheed Martin (dessalinização), Applied Graphene Materials (produção em larga escala).

Ásia: supercapacitores para carros elétricos, biossensores para diabetes, produção industrial na China.

Oceania: colchões com grafeno (Nova Zelândia), mineração e exploração de grafite/grafeno (Austrália, África).

África: ainda sem empresas locais; exploração feita por empresas estrangeiras.

Brasil:

Pesquisas ainda focadas no desenvolvimento do material, não em produtos.

MackGrafe (Universidade Presbiteriana Mackenzie): centro avançado para síntese e aplicações em fotônica.

UFMG: evento internacional, pesquisas em produção por CVD e métodos inovadores.

Parcerias com universidades internacionais (ex.: Singapura e Rice/EUA).

Necessidade de maior interação entre universidades e empresas para transformar descobertas em produtos.

Desafios:

Produção em larga escala ainda limitada e cara.

Falta de métodos eficientes de caracterização e manipulação.

No Brasil, falta de investimentos privados e integração entre pesquisa e mercado.

Concluindo:

O grafeno pode revolucionar setores diversos (saúde, energia, eletrônica, transporte, defesa). Os países desenvolvidos já estão investindo pesado em aplicações comerciais.

O Brasil precisa investir mais em inovação, parcerias de universidade-empresa e produção em grande escala para não ficar para trás.

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Nano na História

Antiguidade:

Leucipo e Demócrito (séc. V a.C.) → ideia dos átomos indivisíveis.

Dalton (1803) → modelo da bola de bilhar e leis ponderais.

Rutherford (1908) → modelo nuclear.

Bohr (1915) → elétrons em órbitas permitidas.

Artesanato e metalurgia:

Vitrais medievais (pigmentos com nanopartículas metálicas).

Aço de Damasco (Wootz) → contém estruturas semelhantes a nanotubos de carbono.

História Recente da Nanotecnologia

1957: termo “nanotecnologia” criado por Norio Taniguchi.

1959: Feynman fala sobre trabalhar no nível atômico.

1981: Binning e Rohrer criam o microscópio de tunelamento.

1985: descoberta dos fulerenos.

1989: Donald Eigler escreve “IBM” com átomos de xenônio.

1991: descoberta dos nanotubos de carbono.

2000: governo Clinton lança a Iniciativa Nacional de Nanotecnologia (EUA).

Novas Propriedades na Escala Nano

Materiais adquirem novas características quando reduzidos a escala nanométrica.

Exemplo: partículas de ouro → mudam de cor dependendo do tamanho (efeito quântico de tamanho).

Quantum dots: nanopartículas semicondutoras que brilham em cores diferentes de acordo com seu tamanho.