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As nanoestruturas podem ser feitas de dois modos: “de cima para baixo” (top-down) e “de baixo para cima” (botton-up).

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A nanotecnologia é importante para as àreas farmacêuticas, cosméticas, esportivas, automibilísticos, de iluminações, energias, tecidos e embalagens.

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Mikail Roco desenvolveu quatro gerações de nanotecnologia:

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O "nano" vale 10⁻⁹, então, um nanômetro é um bilhão de vezes menor. A nanotecnologia lida com massas nessa medida, como átomos e moléculas.

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Para entender a nanotecnologia, é preciso mudar a forma como vemos as coisas, do mundo a qual conhecemos (a escala macro) para o universo nano.

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Nanoestruturas passivas (2000-2005): é a primeira geração de produtos feitos de nanopartículas, superfícies e materiais nanoestruturados.

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Nanoestruturas ativas (2006): focou na fabricação de elementos nanoeletrônicos, sistemas de distribuição de medicamentos e de estruturas adaptativas.

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Sistemas de nanossistemas (2010): concentrou na produção de montagens de nanossistemas, novas arquiteturas e redes para eletrônica, desenvolvimento da robótica e sistemas evolutivos.

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Nanossistemas moleculares (2015-2020): disponibilizou dispositivos moleculares e de tornar possível sua concepção em nível atômico com a realização de funções emergentes.

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Usamos a "ordem de magnitude" para comparar o tamanho dos objetos, pensando em potências de 10.

A diferença entre a maior coisa que podemos ver (10¹⁸ cm) e a menor (4x10⁻³⁵ cm). 53 ordens de magnitude.

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Um átomo de hidrogênio tem 0,1 nm e dez juntos dão apenas 1 nm. Os elementos da nanotecnologia costumam ter de 1 a 100 nm, já uma célula branca, mesmo sendo pequena, é considerada gigante na escala nanométrica.

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O tamanho do negócio nanotecnologia é de mais de um trilhão de dólares. Estados Unidos é o país com mais investimento chegando à $59 bilhões, seguido por Europa, Asia e entre outros países.

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Top-down é usado por físicos e engenheiros. Enquanto Botton-up é usado por químicos e biólogos.

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Possui multidisciplinaridade. É o encontro de física, química, engenharia e biologia. As diferentes interfaces são ricas de relevantes problemas científicos e oportunidades da geração de novas tecnologias.

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No nosso dia a dia, lidamos com cerca de sete ordens de grandeza.

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As características dos materiais, como as químicas, físicas e de força, mudam muito na escala nanométrica. Na escala macro, efeitos como gravidade, fricção e combustão dominam. Indo para a escala do milímetro, a eletrostática se torna relevante.

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Na nanoescala, os efeitos quânticos, a eletrostática, as forças de Van der Waals e os movimentos brownianos são predominantes. A dependência das propriedades em relação ao tamanho é o que torna a nanotecnologia uma área tão importante.

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Exemplo, o "vidro rubi", onde a cor do vidro muda conforme o tamanho das partículas de ouro que colocam.

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Já são milhares de produtos com nanotecnologia.

Mais comuns: cosméticos, roupas, filtros, artigos esportivos, protetores solares.

EUA, Ásia e Europa lideram em patentes.

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Preocupação com saúde e meio ambiente.

Criação de normas e legislações (EUA/UE).

Meta: uso seguro e responsável.

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Já existem: tintas, cosméticos, palmilhas, secadores, tratamento de água.

Pesquisas em plásticos, tecidos, fármacos, embalagens.

Apoio da FINEP para novos produtos.

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Nanomateriais: nanopartículas, nanotubos.

Nanointermediários: revestimentos, tecidos, chips.

Produtos finais: fármacos, carros, aviões, eletrônicos.

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O grafeno, descoberto em 2004 por Geim e Novoselov (Nobel de 2010), é formado por uma única camada de átomos de carbono. Ele é leve, resistente, flexível, transparente e ótimo condutor. Por isso, é visto como material capaz de substituir o silício em várias indústrias. O maior desafio ainda é produzir em larga escala com qualidade.

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O grafeno tem usos variados: na eletrônica, melhora transistores, circuitos e supercapacitores; na energia, ajuda em baterias de longa duração e carregadores rápidos; na medicina, possibilita implantes de retina e biossensores para diabetes; na indústria e engenharia, gera materiais mais leves e resistentes;

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GRAFENO: INOVAÇÕES, APLICAÇÕES E SUA COMERCIALIZAÇÃO

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GRAFENO: INOVAÇÕES, APLICAÇÕES E SUA COMERCIALIZAÇÃO

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Também aparece em tecidos contra fogo, impressão 3D, dessalinização da água e até em colchões que dissipam calor.

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No mundo, já existem produtos com grafeno em setores como tecidos, saúde, eletrônicos, energia e até colchões. Nos EUA, Europa e Ásia, empresas investem pesado em produção e aplicações comerciais.

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No Brasil, porém, o material ainda está restrito a pesquisas em universidades como o MackGrafe (SP) e a UFMG (MG), sem muitos produtos no mercado por falta de investimentos privados.

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A natureza já explora nanoestruturas.

Iridescência: asas de borboleta azul, penas de pavão, arco-íris água/óleo.

Lagartixa: nanoventosas nas patas permitem andar em qualquer superfície.

Efeito lótus: folhas repelem água com nanoestruturas.

Dentes: nanoestruturas conferem resistência mecânica.

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Antiguidade: Leucipo e Demócrito → átomos indivisíveis.

Século XIX e XX: Dalton (átomos como “bolas”), Rutherford (núcleo e elétrons), Bohr (órbitas eletrônicas).

Artes antigas: vitrais medievais (partículas nanométricas), aço de Damasco (nanotubos naturais).

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Precursores: Feynman (1959), Taniguchi (1957, termo “nanotecnologia”).

Marcos: microscópio de tunelamento (1981), fulerenos (1985), “IBM” com átomos (1989), nanotubos de carbono (1991).

Consolidação: National Nanotechnology Initiative (2000), hoje >60 países com programas e bilhões em investimentos.

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Mudanças de propriedades: físicas, químicas e mecânicas diferentes do macro.

Exemplos: vidro rubi romano (partículas de ouro alteram cor), quantum dots (cores dependem do tamanho).

Aplicações: telas, LEDs, biomarcadores.