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Nanotecnologia

Trabalho de Tecnologia dos Materiais
by

Felipe Pereira

on 24 March 2015

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Transcript of Nanotecnologia

Nanotecnologia
Introdução
Como funciona?
Partículas de cerca de 1nm, ou seja, 0,000000001m (um bilionésimo de metro);
Utilização de equipamentos modernos como o Microscópio eletrônico de varredura, o MEV.
Definição
-
Nanotecnologia
é o método utilizado para manipular a matéria em escala nanométrica.

-
Reagrupação
dos átomos, de maneira a alterar as propriedades da matéria, para a obtenção das características desejadas
Características
NÃO SEGUEM LEIS DA

Vamos ao Exemplo
O ouro, por exemplo, em tamanhos naturais, apresenta coloração amarelada, já a nanopartícula de ouro pode apresentar cores diferentes, como vermelho ou azul, dependendo da quantidade de nanopartículas presentes na solução
Como é Feito?
O
microscópio de tunelamento
permite obter imagens de átomos e moléculas, utilizando-se uma
agulha
microscópica na qual se aplica uma
tensão elétrica.
A imagem é formada ao se analisar a variação da corrente entre a agulha e a superfície que se quer fotografar, quando a agulha desliza sobre esta superfície.
O fastástico Mundo do 10
-9
Alguns anos atrás...
O que o futuro nos reserva?
A cada dia vem se descobrindo coisas novas, jamais imagináveis para nossos ancestrais medievais, e a ânsia de conhecer o que não se pode ver somente com olhos nus, é o que move as pesquisas sobre uma nova tecnologia revolucionária: A Nanotecnologia.
Multidiciplinaridade
Nanotecnologia está em todas as áreas
Física Clássica
Mas sim da
FÍSICA QUÂNTICA
CHUPA
NEWTON!
Apenas com o Tamanho
é possível alterar propriedades:
Ópticas, elétricas, mecânicas, magnéticas, térmicas e físico-químicas dos materiais
História
1980
1989
1991
1974
1959
Microscópio de Tunelamento por Varrimento
Gerd Binnig e Heinrich Rohrer da IBM criaram o STM, o que permitiu aos cientistas ver e mover átomos individuais pela primeira vez.
Almaden IBM Research Center
Don Eigler usou um Microscópio de Tunelamento por Sondagem para soletrar as letras IBM a partir de 35 átomos de xénon e fotografou o seu sucesso.
Nanotubos de carbono
Os materiais em nano escala tornaram-se o foco de intensa pesquisa com a descoberta dos nanotubos de carbono por Sumio Iijima nos Laboratórios de Pesquisa Fundamental da NEC em Tsukuba, no Japão
Há muito espaço no fundo
Richard Feynman
O termo "nanotecnologia"
Norio Taniguchi
Princípios da miniaturização;
Precisão ao nível atómico;
Ideia de manipular e controlar coisas numa escala extremamente pequena através da construção e modelagem da matéria átomo a átomo;
Descreveu como os 24 volumes da Enciclopédia Britânica podiam ser escritos na cabeça de um alfinete;
Desenvolvimento de microscópios eletrônicos mais poderosos.
Universidade de Ciência de Tóquio;
Nanotecnologia consiste principalmente em processamento de, separação, consolidação e deformação de materiais por um átomo ou uma molécula”;
Discutiu seu conceito de 'nanotecnologia' no processamento de materiais.
Nanotubos de Carbono de Paredes Simples (NCPSs)
Camada simples de grafite e enrolá-la até formar um cilindro.
Nanotubos de Carbono de Paredes Múltipla (NCPMs)
- Constituídos por duas ou mais camadas simples de cilindros coaxiais;
-Apresentam defeitos, devido a presença de pentágonos e heptágonos
distância de separação entre as camadas é da ordem de 3,4 nm.
Propriedades dos Nanotubos de Carbono
Duros;
Flexíveis;
Não se quebram ao serem curvados;
Módulo de Young comparável ao encontrado no diamante
.

Técnicas de Produção
Método de Descarga por Arco

Aplicações
Aplicações
Catalíticas
Nanotubos
de Carbono
- Átomos de carbono formando uma rede hexagonal;
-Distância entre dois átomos mais próximos ~ 0,14 nm;
- Apresentam características físicas de sólidos: podem ser considerados como cristais;
- Característica importante da estrutura dos NCPSs é a “helicidade” (ou “quiralidade”) da rede bidimensional do grafite em relação ao eixo do tubo.

Mecânicas
Térmicas
Condutividade térmica ao longo do eixo do tubo pode ser uma das mais elevadas;
Condutividade térmica varia linearmente com a temperatura de 4 a 300 K.
Eletrônicas
Podem ser Metálicos
ou Semicondudores;
São metálicos, se os estados permitidos dos nanotubos contém os pontos k do grafite, caso contrario são semicondutores.
O carbono é evaporado do anodo e depositado no catodo.
Método de Ablação
por Laser
O grafite é vaporizada pela irradiação laser na presença de um gás inerte
Método de Deposição
Química por Vapor
Emissão de Campo
Os nanotubos de carbono apresentam as seguintes propriedades que favorecem a emissão de elétrons de campo:
(1) a relação comprimento/diâmetro é alta;
(2) elevada estabilidade química; e
(3) alta condutividade elétrica.

Display de Nanotubos
Aditivos
Poliméricos
Indústria
têxtil
Aplicações
Um nanocomputador é um computador cujas dimensões físicas são microscópicas, menores do que o microcomputador, que é menor do que o minicomputador.
Nanocomputadores eletrônicos
Nanocircuito
Nanocomputadores químicos e bioquímicos
Aquele que processa a informação através do estabelecimento e quebra de ligações químicas e armazena estados lógicos ou informações nas estruturas químicas (moleculares) resultantes.
Nanocomputadores mecânicos
Podem ser construídos computadores mecânicos em nanoescala através de manufatura molecular utilizando uma técnica de posicionamento mecânico de átomos ou blocos de construção moleculares, um átomo ou molécula de cada vez, processo este conhecido como "síntese mecânica".
Nanocomputadores quânticos
- Um computador quântico usa fenômenos mecânicos quânticos, tais como entrelaçamento e sobreposição, para processar dados;
- As propriedades da mecânica quântica de átomos ou núcleos permitem que essas partículas trabalhem juntas como bits quânticos
- O estado de energia de um elétron; dentro de um átomo, representado pelo nível de energia do elétron, pode, teoricamente, representam um, dois, quatro, oito ou até 16 bits de dados.
Nanocomputadores
nanotransistor
nanocomputador
Químico
Nanocomputador Mecânico
Desafios, riscos e ética da nanotecnologia
VANTAGENS
-Desenvolvimento em Diversas Áreas:
Medicina, Informática, Robótica, Materiais, Eletrônica, etc.

-Solução para diversos Problemas Ambientais
Desafios
-Há carência de instrumentos para avaliar a exposição ambiental dos nanomateriais
-Há ausência de um modelo para prever o impacto potencial dos novos nanomateriais
-Ainda não existem formas de avaliar o impacto dos nanomateriais ao longo de seu ciclo de vida

Riscos
-nanopartículas - podem provocar reações de inflamação nos tecidos do corpo
-nanopartículas de carbono - podem penetrar no cérebro pela mucosa do nariz
-nanocompostos - podem chegar à corrente sanguínea por inalação ou ingestão, e alguns podem penetrar pela pele.
-nanotubos de carbono - são solúveis na água e, portanto, podem ser ingeridos. Estudos mostram que eles se comportam como as fibras de asbesto (ou amianto).

Ética
A nanotecnologia também pode permitir que criemos armas mais poderosas, letais e não letais.
Certamente irá mudar a forma de fazer guerra: a convergência das novas tecnologias irá produzir soldados com corpos e cérebros “melhorados”, levará ao desenvolvimento de armas químicas e biológicas mais invasivas, mais difíceis de detectar e praticamente impossíveis de combater.
Aplicações no setor Alimentício
• Técnicas aperfeiçoadas de produção e processamento, materiais que têm contato com o alimento melhorado;
• Modificação de sabor, textura e sensação;
• Monitoria da qualidade e frescor dos alimentos, reduzido teor de gordura;
• Absorção de nutrientes aumentada;
• Melhor rastreabilidade e segurança dos produtos alimentícios;

Aplicações no setor da saúde
• Nanopartículas magnéticas, as quais contém o medicamento e seriam injetadas na corrente sanguínea;
• Protetores solares com nanopartículas de óxido de zinco, que são muito eficientes a absorver os raios ultravioletas, mas deixam passar a luz visível, tornando o creme transparente;
• Embalagens para alimentos com nanopartículas de prata que têm propriedades antibacterianas;

Setor automobilístico
• Catalisadores, nos quais sua aplicação permite reduzir de 70% a 90% a necessidade do uso de metais preciosos, como a platina e paládio.
• Peças metálicas e plásticas, a nanotecnologia pode aumentar a resistência, diminuir o peso e aumentar a segurança.
• Fluidos refrigerantes e lubrificantes, a adição de nanopartículas reduz o atrito e aumenta a condutividade térmica, permitindo a operação em temperaturas mais baixas.

Área petrolífera
O projeto para separação de óleo-água por meio de nanopartículas anfifílicas (afinidade por óleo e água), a água e o óleo se misturam quando estão sobre pressão assim utiliza-se desemulsificante que não é biodegradável e polui o meio ambiente, porem a nanopaticula têm propriedade magnética e podem ser separadas da fase oleosa pela aproximação de um imã.
Outras Curiosidades
O aerogel de nanotubos-Torna invisivel após a passagem de corrente elétrica, por causa do aquecimento superficial do material.

Outras Aplicações
Setor comercial
• Nanotubos de carbono para desenvolvimento de materiais de alta resistência mecânica;
• Nanopartículas em pneus, diminuindo o desgaste e aumentando a vida útil dos mesmos;
• Roupas e tecidos revestidas com nanofilamentos que repelem a água e a sujidade;
• Raquetes de ténis, sticks de hóquei e outros equipamentos de desporto reforçados em zonas críticas com nanotubos de carbono;

Primeiro veículo motorizado
Roupas que utiliza células solares flexíveis que geram eletricidade
Introdução
História
Nanotubos
Nano
Computadores
Confinamento Quântico
Aumento na Área Específica
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