A NANOTECNOLOGIA QUE ESTÁ NA SUPERFÍCIE

O microscópio de tunelamento permite ver a estrutura em formato de caixa de ovos desenvolvida pela equipe usando silício e grafeno.

Tecnologias de superfície

Um grande número de aplicações tecnológicas, com incidência cada vez maior na vida cotidiana, tem como base fenômenos que ocorrem e dependem das superfícies dos materiais: da interação entre próteses e ossos na medicina à catálise de reações químicas em automóveis e na indústria, passando por dispositivos para armazenagem e leitura de dados. "Todos os fenômenos decorrentes da interação entre uma superfície e o meio externo - adesão, lubrificação, corrosão, catálise etc. - dependem basicamente da troca de elétrons entre átomos vizinhos. Então, quando se estuda a interação de um sólido com o meio, é preciso saber que átomos compõem a superfície do sólido, como esses átomos se distribuem na superfície e quais são as ligações químicas entre eles," explica o físico Richard Landers, da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), coordenador do projeto "Estrutura eletrônica e geométrica de nanomateriais". "O número de átomos na superfície, da ordem de 1015 por centímetro quadrado, é muito pequeno em comparação com o número de átomos no interior do material, da ordem de 1023 por centímetro cúbico. São esses 1015 átomos por centímetro quadrado que determinam como o sólido interage com o meio", prosseguiu o pesquisador.

Caixa de ovos magnéticos

Um dos trabalhos mais recentes da equipe foi feito por Luis Henrique de Lima, envolvendo o cultivo de grafeno sobre silício, um importante campo de pesquisas na área do armazenamento de dados. O grafeno foi obtido aquecendo o carbeto de silício (SiC) a mais de 1100º C. A essa temperatura, as ligações químicas entre o carbono e o silício se rompem, o silício evapora e os carbonos ligam-se uns aos outros, formando uma folha de grafeno, uma estrutura cristalina com apenas um átomo de espessura, na qual os átomos de carbono formam arranjos hexagonais. "Tridimensionalmente, a superfície formada neste substrato tinha o formato de uma caixa de ovos, com saliências e depressões. E a ideia foi distribuir as partículas magnéticas de cobalto nos locais onde, analogamente, iriam os ovos", explica o professor Abner de Siervo, membro da equipe. "Um resultado interessante, que pudemos detectar por meio da microscopia de tunelamento e da espectroscopia de elétrons, foi que, ao aquecer as nanopartículas de cobalto em cima do grafeno, estas migravam para baixo da superfície, ficando intercaladas e protegidas pelo grafeno em relação ao exterior. O interessante é que essas partículas parecem ocupar posições exatamente como ocorre com os ovos na caixa. Com isso, criamos uma estrutura ordenada de nanopartículas ferromagnéticas, separadas entre si por distâncias precisas e conhecidas e protegidas pela folha de grafeno", detalhou o pesquisador. Uma possível evolução do trabalho de pesquisa será fazer crescer sobre o grafeno um óxido antiferromagnético. Haveria, então, uma estrutura ferromagnética e uma estrutura antiferromagnética separadas por uma única camada de átomos de carbono. "Por estarem muito próximas, essas estruturas estabeleceriam entre si um efeito que é chamado em inglês de exchange bias. Trata-se do princípio de funcionamento das leitoras magnéticas. A diferença, no caso, é que, em vez de operar em escala microscópica, nossa peça operaria em escala nanométrica, o que poderia trazer muitas vantagens adicionais. Mas, antes de buscar qualquer possível aplicação, é preciso entender os princípios físicos em um regime ainda pouco estudado, que é o das nanopartículas muito próximas umas das outras, com um alto adensamento por unidade de área", disse Siervo.

Catalisador modelo composto por nanopartículas de ródio (Rh) crescidas sobre um filme de magnetita ultrafino e ordenado suportado em paládio (Pd). À esquerda e à direta os padrões de difração de fotoelétrons com seletividade químico-elementar.

Catalisadores

Não se trata apenas de estudar superfícies, mas também de criá-las. Para isso, o laboratório do GFS dispõe igualmente de uma câmara de ultra-alto vácuo. "Na pressão atmosférica normal, aproximadamente 1000 mbar, cada sítio atômico da superfície é atingido cerca de 1 bilhão de vezes por moléculas do meio externo a cada segundo. Se trabalharmos com alto vácuo, da ordem de 10-9 mbar, o número de impactos cairá para um a cada segundo. Mas tal vácuo ainda não é suficiente, pois, em apenas um segundo, a superfície estaria contaminada. É necessário um vácuo ainda mais extremo, um ultra-alto vácuo, da ordem de 10-10 ou 10-11 mbar . Em nossos experimentos, temos condições de fazer crescer, controladamente, camadas monocristalinas em condições de ultra-alto vácuo, dentro do sistema de análises", disse Landers. Os catalisadores reais são constituídos por um óxido ou uma zeólita (material amorfo e poroso) sobre os quais se depositam metais ativos. Seu estudo na escala atômica é extremamente difícil. Por isso, os pesquisadores partiram para a criação e o estudo de catalisadores modelos. "Criamos uma superfície de óxido suficientemente fina, que mimetizava o óxido real, e sobre ela fizemos crescer partículas metálicas, como ródio, platina ou paládio, investigando a estrutura formada", disse Landers. "Grande parte dos recursos do projeto foi utilizada para montar a infraestrutura destinada a essa investigação. Para se ter ideia, um sistema de análises desses pesa mais ou menos 1 tonelada. Além disso, o tratamento dos dados experimentais exigiu, também, a montagem de um cluster computacional", disse. Outro equipamento utilizado pelos pesquisadores foi o microscópio eletrônico de tunelamento, que se tornou necessário porque a técnica de difração de elétrons, utilizada para mapear a superfície, não possibilita determinar o tamanho real das partículas metálicas criadas. "Na maior parte das vezes, conseguimos ver a nanopartícula que cresceu e identificar seu arranjo de átomos. Juntando as duas técnicas, espectroscopia e microscopia, conseguimos aumentar expressivamente o conhecimento sobre os sistemas que estávamos investigando", disse o pesquisador. fonte:inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=nanotecnologia-na-superficie&id=010165150526

NANOTECNOLOGIA: NOVA DESCOBERTA PODE REVOLUCIONAR CHIPS

Largamente usado na produção de chips de computador, o silício pode estar com seus dias de “favorito” contados: pesquisadores estão cada vez mais próximos de criar grandes avanços na eletrônica usando outros materiais – algo essencial, já que a evolução propiciada pelo silício está atingindo seu limite. Para entender a importância de novos materiais nessa indústria, é preciso lembrar que a capacidade de um chip (que é um dos componentes vitais dos computadores) depende do número de transistores que ele tem; quanto menores eles forem, mais deles caberão no chip. Há décadas, o silício tem permitido a produção de transistores cada vez menores, mas há um limite chegando; logo, o silício terá de ser substituído para evitar que a evolução dos eletrônicos fique “empacada”. Recentemente, cientistas da IBM conseguiram produzir um chip “híbrido”, usando silício e nanotubos de carbono. Este material, segundo os pesquisadores, é duplamente promissor, uma vez que poderá permitir não somente a produção de chips com mais transistores, mas também de equipamentos com velocidade de processamento maior. “Estes dispositivos [transistores de nanotubos de carbono] superam os feitos de qualquer outro material”, destaca Supratik Guha, do Centro de Pesquisa T. J. Watson da IBM (EUA). “Vimos um desempenho cinco ou mais vezes melhor do que o de dispositivos de silício convencionais”. Usando um processo conhecido como auto-arranjo químico, os cientistas fizeram com que os nanotubos de carbono se organizassem seguindo um padrão específico – a precisão é fundamental para que os chips funcionem. Para aperfeiçoar o procedimento, será necessário usar amostras mais puras de carbono, já que as formas menos puras não conduzem eletricidade tão bem – o que prejudicaria o desempenho dos chips. Além dos nanotubos de carbono, o grafeno (folha de grafite com um átomo de espessura) também está sendo explorado como possível sucessor do silício. Pesquisadores também buscam aprimorar os chamados transistores de efeito de campo para substituir os convencionais. A Lei de Moore Em 1965, um dos cofundadores da Intel, Gordon Moore, previu que a evolução da indústria de eletrônicos seguiria um ritmo específico: a cada 18 meses, seria possível dobrar o número de transistores em chips, tornando computadores e outros eletrônicos cada vez mais poderosos. Desde então, empresas do ramo seguem a chamada Lei de Moore – contudo, acredita-se que sem um substituto para o silício, só será possível manter esse ritmo até 2015.FONTE: http://bits.blogs.nytimes.com/2012/10/28/i-b-m-reports-nanotube-chip-breakthrough

OS 10 FATOS CURIOSOS SOBRE NANOTECNOLOGIA

A nanotecnologia é o estudo de manipulação da matéria a uma escala atómica e molecular, sendo que geralmente lida com estruturas entre 1 a 100 nanómetros e incluí o desenvolvimento de materiais ou componentes. De igual forma, está associada a diversas áreas de pesquisa, nomeadamente a medicina, eletrónica, ciência da computação, física, química, biologia e engenharia dos materiais, no desenvolvimento e produção de nanomateriais usados nessas áreas. De facto, não conseguimos visualizá-la, mas mesmo assim a nanotecnologia está presente em vários lugares. Conheça aqui 10 fatos curiosos sobre a nanotecnologia. 1. É mais antiga do se imagina O termo nanotecnologia foi criado nos anos 80, mas a técnica de fato, já era usada desde a Idade Média, onde os artistas utilizavam a nanotecnologia ao criar uma mistura de cloreto de ouro em vidro derretido. Claro que a escala de manipulação era bem diferente da utilizada atualmente. Em 1989, o engenheiro da IBM, Don Eigler, conseguiu mover e controlar um único átomo (com a ajuda de um microscópio em escala atómica). Hoje em dia, os pesquisadores da Universidade de Princeton são capazes de controlar um único electão. 2. Aplicação na eletrônica A nanotecnologia faz toda a diferença na electrónica, sendo que propriedades como a cor, a transparência e pontos de derretimento são diferentes em porções maiores da mesma substância. Os displays com nanotecnologia são finos e ainda deixam a imagem melhor do que aqueles equipados com LED ou Plasma. 3. Eventualmente iremos comer nanoparticulas Imagina as nanopartículas a serem usadas como alimentos? Para realçar cor, os sabores e aumentar a validade para uso, diversos produtos alimentares estão a receber a ajuda de diversas nanopartículas. 4. O seu corpo eventualmente irá integrar a nanotecnologia Quando seu corpo receber essas partículas, há uma probabilidade de que elas sejam retidas no seu organismo, em vez de ser libertadas para o ambiente. Elas são minúsculas, mas ao acumular, podem fazer mal aos consumidores. 5. Elas podem fazer um “tour” pelo seu corpo Além da chance de ser acumuladas, por serem extremamente pequenas, podendo facilmente ultrapassar as barreiras do corpo. Os pesquisadores acreditam que elas podem passear pelo sangue, penetrar em células e até mesmo passear pelo seu cérebro, podendo até provocar danos. 6. Combater doenças O nosso corpo não está imune a essas partículas, mas as doenças também não estão. Cientistas da Universidade de San Diego criaram nanopartículas fluorescentes que brilham dentro do corpo, facilitando a visualização de tumores ou danos em órgãos vitais. 7. Aplicação na Odontologia Não só as doenças complicadas irão ser afetadas pela nanotecnologia, até a restauração de dentes pode implicar o uso de nanoparticulas. Uma aplicação nesta área podia ser, por exemplo, a substituição das “massas” usadas em restaurações. 8. Cérebro sintético A ideia de um cérebro sintético pode ser um exagero, mas neurónios sintéticos já são uma realidade. Pesquisadores da Universidade do Sul da Califórnia usam os nanotubos para criar neurónios sintéticos. A ideia é conseguir transformar os nanotubos em redes funcionais, que facilitem os implantes cerebrais. 9. Roupas com a nanotecnologia Até as roupas usam a nanotecnologia. Mas pesquisadores da Universidade Tecnológica da Georgia criaram geradores elétricos feitos de nanofios, colocando-os em pequenas jaquetas feitas especialmente para hamsters. Quando os ratinhos correm, os geradores fabricam eletricidade. A ideia é transportar essas características para roupas humanas, para que você possa, por exemplo, carregar o seu celular enquanto sai para correr, ou ainda, medir sua pressão arterial num gadget conectado às batidas do coração. O Nano-Tex, por exemplo, “reorganiza” as fibras da roupa, criando propriedades interessantes como conforto, resistência e impermeabilidade. Para isso, tecidos de algodão são mergulhados numa solução com milhares de milhões de nanofibras, que se fundem com o tecido da roupa. Essa “solução” também pode ser usada em panos de sofás, tapetes e o em outros tecidos. 10. Uso na informática Alguns usos podem parecer bizarros, mas certamente um dos seus benefícios é o facto de permitir a criação de componentes electrónicos cada vez menores e mais potentes. Pesquisadores governamentais dos Estados Unidos criaram matrizes de nanoductos de crómio que podem armazenar dados com uniformidade nunca antes vista. O objetivo é construir chips de silicone mais complexos e integrados. A nanotecnologia permite também o estudo da criação de partículas que detectam mercúrio, colas eletrônicas para baratear o custo de semicondutores, máquinas de Raio-X ainda mais precisas e muito mais. FONTE: ciencia-online

NANOTECNOLOGIA FAZ COM QUE ESSES OBJETOS SE MOVAM QUANDO EXPOSTOS À LUZ

Não faltam surpresas quando se trata de nanomateriais, mas este novo composto se comporta de uma forma totalmente nova: ele se move quando você acende a luz. Nanomáquinas microscópicas ativadas por luz não são uma tecnologia nova. No entanto, este estudo marca a primeira vez que cientistas criaram um movimento macroscópico, visível a olho nu, manipulando rearranjos moleculares. Os nanointerruptores moleculares, escondidos no interior das fitas em espiral, são molas de polímeros líquido-cristalinos. Quando o polímero é exposto a certas frequências de luz ultravioleta, isso faz com que a mola faça várias contorções interessantes.

A equipe conseguiu programar as fitas em espiral para se expandir, contrair, e também para fazer os dois movimentos. Os cientistas da Universidade de Twente, na Holanda, falam sobre seu novo material na revista Nature Chemistry. A equipe da MESA+ diz que se inspirou na ondulação de videiras para o movimento do material. As espirais se movem de forma semelhante a videiras escalando uma parede. Estes materiais com nanossensores incorporados devem ser utilizados no futuro em aplicações de robótica e dispositivos com microfluidos – que permitem realizar análises químicas complexas num único chip. FONTE:Nature Chemistry