A Revolução Nano

João Schmidt, diretor do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (Ufrgs) e membro do grupo que está planejando o Centro de Nanociências e Nanotecnologias da Ufrgs.
O que significa nano? Vamos começar lá nos confins do universo. Nós temos o sistema solar. A partir daqui, vamos fazer uma viagem. Temos as órbitas, os principais planetas, Vênus, Terra e Marte. Avançamos e já temos a órbita da Lua, a Terra e uma viagenzinha bem rápida para chegar em Porto Alegre. Estamos chegando ao Campus do Vale da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Dentro do campus, nós temos uma pequena árvore e, chegando mais próximos, nós temos o metro. É uma unidade que todo mundo conhece, é uma unidade internacional. Vamos agora pegar os pequenos números. Avançando 10 centímetros, dá para tocar as folhas; um centímetro, dá para sentir o cheiro se nos aproximarmos; um milímetro, as nervuras aparecem, os vasos das folhas aparecem, as células aparecem. Nós estamos chegando aos cromossomos e agora nós estamos chegando na área nano. Ou seja, um metro e divide por mais de um milhão. Continuando, nós vamos a dez nanometros e o DNA pode ser identificado. Essa é uma área nano também. É um nanômetro. É o limite que se tem de um a cem nanometros é a área que nós estaremos conversando hoje.

Nano vem do grego, quer dizer “anão”. Um nanômetro significa um milionésimo de milímetro. O que tem de interessante é que as propriedades dos materiais nano são muito diferenciadas daquelas dos materiais volumosos. Hoje, se entende que o nanômetro é a menor dimensão prática de engenharia de materiais. Já estão fazendo materiais com essa dimensão. Vamos ver algumas estruturas dessa na natureza. A borboleta. Temos uma microscopia eletrônica que mostra as várias estruturas, subestruturas. Mas o que tem a ver com nano essa história? Aproximando, temos a estrutura mais interna das escamas, distribuídas numa espécie de planos. Com essa ordem de grandeza de 100 nanometros, isso é uma coisa que pode ser replicada num problema, se a gente tiver incidindo a luz branca, que é uma mistura de todas as cores, o que é refletido é só o azul. E daí que vem a cor da borboleta, que é uma estrutura nanoscópica. Outro modelo da natureza são as nanopartículas biomineralizadas. São partículas magnéticas. Aqui, são partículas de magnetita que sintetizam internamente, são cadeias de partículas, reagem no campo magnético numa bússola e se alinham paralelamente. Aqui tem uma imagem de uma gota d’água onde tem essas bactérias e todas elas se alinharam ao longo do campo magnético terrestre. Elas foram até o extremo da gota e se acumularam lá. Mas será que nós temos só as bactérias? Não, nós temos os pássaros, as tartarugas, os répteis, os insetos e outros animais que também têm materiais magnéticos acumulados. Ou seja, temos partículas nanométricas. A natureza faz isso naturalmente.

A história da nanociência começou com um sujeito bonachão, um californiano, chamado Richard Feynman, em 29 de dezembro de 1959, no Instituto CalTech. E numa reunião anual da Sociedade de Física, ele bolou a palestra “Há espaço de sobra lá embaixo”, se referindo a essa faixa de dimensão do conhecimento humano que tem a ver com as dimensões um pouco acima da dimensão atômica, mas nunca abaixo da dimensão (inaudível) de todos os dias. Na palestra, ele afirmou que “lá pelo ano 2000 alguém iria dizer por que será que ninguém pensou nisso antes”? Exatamente nessa época, estamos conseguindo colher os frutos do que ele falou naquela época. Por que não podemos escrever os 24 volumes inteiros da Enciclopédia Britânica na cabeça de um alfinete? Fazendo os cálculos, o ponto ao final de uma frase da Enciclopédia Britânica teria que ser composto de 32 átomos, ou aproximadamente três nanometros. E isso, se quiserem, é possível. Inclusive tem textos dele que foram escritos em dimensões nanométricas. O que ele disse também é como eu vou escrever a informação, como é que eu vou ler a informação? A afirmação final dele diz o seguinte: “Não há nenhuma violação das leis da física nos princípios da nanomanipulação. É apenas uma questão de tempo.” E ele tinha razão. Em 1990, o pessoal da IBM escreveu com átomos de Xenônio o nome da empresa. Cada um dos pontinhos é um átomo.

Com a nanociência, podemos ter novos materiais, com propriedades físicas, químicas e biológicas diferenciadas. Em conseqüência disso, a nanotecnologia se faz presente no nosso dia-a-dia. A nanotecnologia não é simplesmente física – mas química, engenharia, ciências da vida, matemática, ciências dos materiais, ciência da computação, eletrônica, óptica e imagens. Temos dezenas de técnicas diferentes para produzir milhares de estruturas magnéticas diferenciadas, seja na forma de lâminas, multilâminas ou multicamadas. Para chegarmos à nanoestrutura, temos duas técnicas: ou de cima para baixo, que vou picotando o material até chegar na base, ou vou de baixo para cima. Nesse caso, a auto-organização é um mote muito importante, pois é aqui que a natureza funciona. A natureza se auto-organiza, ela tem organização própria. Basta ver também o DNA. Ele é um código genético que determina toda uma estrutura. Na Ufrgs, alguns exemplos de nanoestruturas são feitas de ferro com silício. O silício é um material que circula na área da microeletrônica. São planos atômicos de silício. É tão pequeno que não tem como enxergar. Existem várias outras técnicas de varredura, mas duas são fortes. É por força atômica e tunelamento eletrônico. O princípio da varredura é o seguinte: nós temos uma sonda que pode ser uma ponta (como se fosse a ponta de um alfinete muito agudo). Na realidade, são átomos que têm na ponta, que percorrem a superfície de um material e tentam fazer um mapeamento. É como se fosse uma televisão onde eu faça o feixe percorrer todo o painel e que cria a imagem. E eu faço isso “N” vezes, e ainda faço a construção da imagem. Então, a interação dessa ponta na superfície tem uma série de possibilidades de interação, seja por força, seja por tunelamento eletrônico, conforme veremos a seguir, e a gente consegue fazer um mapeamento dessa superfície.

Temos a microscopia do tunelamento eletrônico. Temos uma ponta, de novo, só que essa ponta não tem contato elétrico efetivo – como precisaria ter no fio em contato com outro fio para ter condição elétrica. A condição elétrica se dá por tunelamento quântico, ou seja, mecânica quântica aplicada, que é bastante sofisticada, mas que é aplicada no dia-a-dia da pesquisa, e até nas tecnologias que temos em casa. Então, a corrente que se estabelece com a aproximação é através do tunelamento, porque não há contato físico entre eles.

Vamos tentar fazer uma manipulação de átomos. O que é a manipulação de átomos? Vou pegar os átomos nessa posição e levar para uma outra posição, onde identifico o átomo, faço a captura dele com a ponta próxima, movimento e libero. Eu construo um material. O que eu posso fazer com isso? O que a gente está aprendendo com isso? Aqui ocorre processo da IBM, onde átomos são depositados e deslocados até uma posição final, um a um. Na realidade, isso é para a ciência. Por enquanto. A gente está tentando entender que tipo de sistema. Se, no futuro, quiser fazer um computador baseado em mecânica quântica, muito mais rápido, vou ter que entender esse tipo de coisa, porque as estruturas são pequenas e vão ter respostas semelhantes a essa.

Em 1951, um físico japonês resolveu criar um microscópio eletrônico. Para surpresa dele, ele encontrou isso: fiozinhos fininhos, extremamente finos, são alguns átomos de diâmetro e extremamente longos. Mais surpresa ainda para ele foi ver que tinha uma estrutura extremamente regular, como uma nova forma de arranjo de carbono. Não se conhecia esse tipo de coisa. E isso tem muito mais aplicações tecnológicas do que o diamante, do que o grafite. Aqui, temos propriedades físicas, resistências e extremamente diferenciadas. Agora, o desafio é fazer essas estruturas mais longas.

Ainda sobre as propriedades dos nanotubos de carbono, temos a densidade, a resistência a tensões, a capacidade de dobrar o material e a capacidade de corrente elétrica. São materiais que estão disponíveis. A Escola de Engenharia da Ufrgs produz esse material. Os cientistas da General Electric (GE) apresentaram um nanotubo de carbono com o diâmetro de 10 átomos de hidrogênio, ou seja, 80 mil vezes menor que um fio de cabelo humano. As aplicações desse tipo de tecnologia serão feitas na área de nanoeletrônica. Nós estamos na microeletrônica, futuramente será a nanoeletrônica para fazer ligações, uso das propriedades de condução elétrica. A Samsung e a Motorola têm protótipos prontos, em que usam nanotubos de carbono para fazer televisores com melhor luminosidade e muito mais baratos se formos comparar ao plasma, por exemplo. Essa tecnologia vai detonar o plasma ligeirinho

Outra área que vai ter um impacto muito grande é o nanomagnetismo: a capacidade de a gente fazer a gravação de dados cada vez maiores, em menores espaços. Temos o disco rígido, com uma imagem topográfica. Essa região está cheia de riscos. Mas nessa região cheia de riscos é que estão gravados os “bytes”. É um tipo de tecnologia de força magnética. Levou-nos a discos rígidos de 1.3 “gigabytes” por polegada quadrada. A partir de 98, essa compactação deu um salto. O magneto-resistência gigante foi um trabalho feito por um professor do Instituto de Física da Ufrgs, com colaboração da França. Está presente em todos discos rígidos com capacidade de 20 GB.

Nós chegamos num limite que não dá para reduzir mais o tamanho dos “bytes”. A menos que a gente faça uma nova tecnologia, que seria a nanoestrutura, extremamente pequena, geradas através de áreas físicas que não são mais contínuas, são seccionadas em pedacinhos. E cada um desses pedacinhos vai ser um “byte” sim-não. Isso conseguiria aumentar ainda mais a capacidade dos “bytes”. Já há várias tentativas de construção desse material feitas por meio da litografia. Uma outra situação são as memórias RAM para os computadores. Na década de 50 e 60, tínhamos as memórias magnéticas na forma de anéis. Cada um desses anéis era um “byte”. Em cada um desses anéis existem cinco fios passando por dentro. Alguém, com muita paciência, fazia a montagem das memórias RAM encaixadas no computador. Se eu usar a nova tecnologia, posso ligar e desligar o meu computador quando vezes quiser sem precisar descarregar o disco rígido.

Nanotecnologia – várias áreas podem ser afetadas. Exemplos: camisas, calças, gravatas que ficam mais resistentes a manchas; na General Motors, o chassi fica mais leve, mais forte, à prova de corrosão; na Toyota, os pára-choques ficam 60% mais leves. Na área de cosméticos: o batom dura mais, borra menos, reflete luz em dobras. Raquetes feitas por nanotubos de carbono são muito mais resistentes e mais leves. Tem a proteção super-hidrofóbica e anti-aderente da BASF. A sujeira e a água não aderem. Existem os vidro auto-limpantes. Pinturas resistentes a riscos e arranhões. Tecido que não mancha. Filtros nanométricos para purificar a água.

Segundo o Ministério da Ciência e Tecnologia, de 2010 a 2015 o mercado mundial para materiais, produtos e processos industriais baseados em nanotecnologia será de 1 trilhão de dólares. A nanotecnologia representa oportunidades de negócios para os setores industriais e de consumo. A ameaça é ficar de fora, pois a nanotecnologia será um dos principais vetores da competitividade internacional. Os americanos, europeus, japoneses estão investindo muito em nanotecnologia. Ela veio para ficar. É tão irresistível e mais impactante que a microeletrônica e a informática. Está em curso a quinta Revolução Industrial. No Brasil, o governo federal tem lançado programas de apoio. E o que se faz no Rio Grande do Sul ainda está bastante restrito às universidades. A Ufrgs está nisso há 25 anos. Na universidade, se trabalha a nanotecnologia em diversos institutos e escolas. Em razão disso, existe uma iniciativa da Ufrgs de criar um Centro de Nanociência e Nanotecnologia (CNCT). Porque mesmo interagindo uns grupos com outros, trabalhavam ainda separadamente.

Para finalizar: no dicionário Aurélio, o que é uma revolução? É a transformação radical dos conceitos artísticos ou científicos dominantes em uma determinada época. Eu acho que nós estamos nessa direção. Nano é revolução, sim, e está apenas começando.

Fonte: site: amanha.terra.com.br/especiais/campeasinovacao/ufrgs.asp
Postado por: FK – 18/05/09

Vocêr já ouviu falar em ‘Nano-Férias’? Este termo designa a férias de uma só noite. Isso mesmo, por motivos financeiros os portugues aderiram a este método mais economico para uma  escapadela. Geralmente os portugueses optam por viajar no sábado e voltar no domingo, portanto seria apenas uma noite no hotel.

Alguns hotéis oferecem bons preços, e desta forma além de não ficar muito dispendioso o portugues consegue ao menos um fim de semana de descanso num bom hotel.

Gostei muito desta noticia, afinal se for desta forma a probabilidade de viajar mais vezes durante o ano aumenta não é?