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NANOTECNOLOGIA - O que é?

NANOTECNOLOGIA - O que é?

Quando algo é muito pequeno, costumamos usar o termo 'míni' para nos referir a ele, não é mesmo? Há, porém, coisas tão pequenas para as quais o termo 'míni' não dá conta. Por exemplo: um micróbio ou uma célula do seu corpo, você não consegue ver a olho nu. Daí, dizermos que essas coisas são 'micro', ou melhor, microscópicas, simplesmente porque elas não poderiam ser vistas sem o uso de um microscópio. Pois há coisas descobertas recentemente pelos cientistas que são menores do que 'micro'. Estruturas tão pequenas que são chamadas de 'nano' e que só podem ser vistas com o auxílio de um aparelho muito mais sofisticado: o nanoscópio.

Pode ser que, no futuro, os cientistas construam, com essas estruturas, máquinas um bilhão de vezes menores que um grão de arroz e as façam circular pelo nosso corpo, para entender ainda melhor o funcionamento de nossas células e auxiliar na cura de doenças. É claro que essa história tem o maior jeito de filme de ficção científica, mas estruturas que são um bilionésimo de vezes menores que o milímetro já estão sendo estudadas! Elas têm nomes engraçados, como fulerenos e nanotubos. Você não gostaria de conhecê-las?

Antes de atravessarmos a fronteira para o mundo nanoscópico, é importante saber do que são feitas essas estruturas tão pequenas que estão desafiando a ciência... Pois são feitas de carbono! Este elemento existe na natureza na forma de dois velhos conhecidos nossos: o grafite e o diamante. O grafite é esse mesmo que você está imaginando: o do lápis. Ele é considerado a forma mais macia do carbono. Já o diamante é muito duro, sendo usado para riscar e cortar materiais como o vidro e também na fabricação de jóias.

A pergunta agora é: se esses dois materiais são feitos do mesmo elemento, o que faz um ser grafite e outro diamante? Resposta: a arrumação dos átomos! Mas você deve estar se perguntando "o que é átomo?". Veja: há cerca de 2500 anos, um filósofo grego chamado Demócrito disse que, se dividíssemos qualquer coisa em pedacinhos cada vez menores até que se chegasse a um ponto que o último pedacinho não pudesse mais ser dividido, chagaríamos ao átomo.

Em outras palavras, o átomo seria a menor porção, o menor pedacinho formador de qualquer matéria. No final do século 19, porém, um físico inglês chamado Joseph Thomson descobriu que o átomo também poderia se dividir. Com essa novidade, o átomo deixou de ser considerado a menor partícula indivisível formadora de qualquer matéria, mas continuou sendo a menor porção capaz de guardar todas as características de um elemento.

Tomemos essa explicação para o nosso caso: um átomo de carbono será sempre carbono, mas para formar qualquer estrutura é necessário um grupamento gigantesco de átomos. E aí está a diferença entre o grafite e o diamante: os dois são formados por carbono, mas a maneira como os átomos de carbono se agrupam originam um ou outro. Observe as formas de arrumação do carbono para formar o grafite e o diamante:

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Arranjo dos átomos de carbono no diamante (a) e no grafite (b)

(gráficos: Nato Gomes)

Até 1985, as únicas formas conhecidas do carbono eram estas duas: grafite e diamante. Naquele ano, um grupo de cientistas que estava de olho no espaço pesquisando estrelas vermelhas -- um tipo formado essencialmente por carbono -- descobriu que os átomos de carbono podiam se organizar de

uma maneira diferente, que não resultava nem no grafite nem no diamante. Essas novas formas de carbono foram chamadas fulerenos.

O nome esquisito surgiu mais ou menos assim: um dos cientistas que participou da descoberta gostava muito das obras em estilo geométrico de um famoso arquiteto, chamado Richard Buckminster Fuller, e quis homenageá-lo. Daí, o nome em inglês fullerene colou, mesmo sob os protestos de outros cientistas que queriam que as novas formas de carbono fossem chamadas de... futebolenos! Veja a figura e entenda por quê!

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Estrutura do fulereno (a) e de uma bola de futebol (b)

Alguém aí duvida de que os fulerenos se pareçam com uma bola de futebol?! A partir desta imagem, fica demonstrado que, apesar de serem feitos do mesmo elemento -- o carbono --, diamante, grafite e fulerenos têm estruturas distintas. Os dois primeiros a gente já sabe no que podem ser empregados, mas e essa nova descoberta?

Bem, até agora, sabe-se que os fulerenos podem ser dissolvidos em determinados solventes, coisa que não acontece com o grafite nem com o diamante. Portanto, a descoberta dos fulerenos é a descoberta de uma forma de carbono solúvel.

Fonte: www.uol.com.br

O que é nanotecnologia?

Há mais de 2.500 anos, alguns filósofos gregos se perguntavam se a imensa variedade do mundo que nos cerca não pode ser reduzida a componentes mais simples. A própria palavra átomo vem daquele tempo e significa "indivisível". A última fração da matéria, segundo esses filósofos o "tijolo" fundamental de tudo o que existe, não poderia mais ser dividida em outras partes mais simples. Podemos fazer uma comparação elementar, apenas para fins didáticos. Em uma padaria, você encontra uma grande variedade de pães, bolos, biscoitos, tortas, todos produzidos a partir de um pequeno número de ingredientes: farinha, fermento, manteiga, óleo, açúcar, chocolate etc... Muitas vezes, os ingredientes de pães diferentes são os mesmos, apenas mudam suas quantidades relativas e a forma de preparação. Da mesma maneira, quando olhamos o mundo a nossa volta, vemos uma variedade incrível de seres vivos e objetos inanimados, de um grão de areia a galáxia, de um vírus a uma baleia. Quantos tipos de "ingredientes" diferentes são necessários para produzir esse mundo?

Entre os gregos e a nossa época, muito se aprendeu sobre o universo. Sabemos, hoje, que o mundo que nos é familiar é formado por átomos, não exatamente aqueles imaginados inicialmente, mas que com eles compartilham o papel de "tijolos" fundamentais. Aprendemos que, ao contrário do que diz seu nome, eles são, de fato, divisíveis (mas isto é uma história para outra ocasião). Os átomos são formados por um núcleo positivo, onde reside praticamente toda sua massa, e por elétrons, negativos, que circulam em torno do núcleo. Sabemos, também, que ocorrem naturalmente no universo apenas noventa e dois tipos de átomos diferentes. Estes tipos podem ser classificados pelo número de prótons (partículas sub-atômicas de carga elétrica positiva) contidos em seus núcleos. Sabemos ainda que esses átomos podem não ser o fim da história, pois pode haver no universo partículas ou alguma forma de energia ainda não descobertas - ou pode ser que nossas teorias sobre o universo precisem algum dia ser revisadas, se esses novos "ingredientes" não forem encontrados. Tudo isto é parte do mundo fascinante da pesquisa científica - cada pergunta respondida leva a novas perguntas. Em ciência, as respostas raramente são definitivas, mas as perguntas perduram.

A certeza científica de que tudo é feito de átomos é muito recente. Há apenas cerca de cem anos, os cientistas obtiveram evidências fortes de que a velha hipótese atômica, formulada há dois e meio milênios, corresponde à realidade da natureza. No decorrer do século XIX, os químicos foram, aos poucos se convencendo de que a melhor maneira de explicar quantitativamente reações químicas é supondo que essas se dão entre unidades bem definidas de cada composto. Alguns físicos, já quase no final do século XIX, formularam uma teoria "estatística" da matéria, na qual se busca explicar o comportamento dos corpos com os quais lidamos quotidianamente pelo comportamento dessas pequenas unidades "invisíveis" da matéria, os átomos e as moléculas (moléculas são átomos do mesmo tipo ou de tipos diferentes, fortemente ligados entre si, formando novas entidades, com propriedades físico-químicas distintas). Essas teorias foram recebidas, inicialmente, com grande ceticismo pela própria comunidade científica. Por que tanta dificuldade para aceitar uma idéia velha de milênios?

O problema é que átomos são muito pequenos, medem menos de um centésimo de bilionésimo de metro, e obedecem a leis físicas bastante diferentes daquelas com as quais estamos acostumados no nosso mundo familiar. O seu tamanho é tal que não podem ser vistos diretamente. Instrumentos especiais tiveram de ser desenvolvidos antes que fosse possível "ver" um átomo. Um dos mais práticos desses instrumentos, o microscópio de tunelamento, somente foi inventado na década de 1980. Seus inventores, Heinrich Rohrer e Gerd Binnig, dos laboratórios da IBM em Zürich, Suíça, ganharam o prêmio Nobel por seus trabalhos. O funcionamento desse microscópio depende das leis da mecânica quântica, que governam o comportamento dos átomos e moléculas. Portanto, a existência de átomos e as leis da natureza no mundo atômico tiveram de ser pacientemente descobertas a partir de experimentos especialmente concebidos. Este processo levou décadas e envolveu grandes cientistas.

Instrumentos como o microscópio de tunelamento e outros estendem nossa "visão" até tamanhos na faixa de bilionésimo de metro. Um bilionésimo de metro chama-se "nanômetro", da mesma forma que um milésimo de metro chama-se "milímetro". "Nano" é um prefixo que vem do grego antigo (ainda os gregos!) e significa "anão". Um bilionésimo de metro é muito pequeno. Imagine uma praia começando em Salvador, na Bahia, e indo até Natal, no Rio Grande do Norte. Pegue um grão de areia nesta praia. Pois bem, as dimensões desse grão de areia estão para o comprimento desta praia, como o nanômetro está para o metro. É algo muito difícil de imaginar. Mesmo cientistas que trabalham com átomos todos os dias, precisam de toda sua imaginação e muita prática para se familiarizar com quantidades tão pequenas.

Ainda antes dos cientistas desenvolverem instrumentos para ver e manipular átomos individuais, alguns pioneiros mais ousados se colocavam a pergunta: o que aconteceria se pudéssemos construir novos materiais, átomo a átomo, manipulando diretamente os tijolos básicos da matéria? Um desses pioneiros foi um dos maiores físicos do século XX: Richard Feynman. Feynman, desde jovem, era reconhecido como um tipo genial. Uma de suas invenções foi o primeiro uso de processadores paralelos do mundo. Em Los Alamos, na época do desenvolvimento da primeira bomba nuclear, havia a necessidade de se realizarem rapidamente cálculos muito complexos. Feynman, então, teve a idéia de dividir os cálculos em operações mais simples, que podiam ser realizadas simultaneamente, e encheu uma sala com jovens secretárias, cada qual operando uma máquina de calcular (naquela época não havia computadores, nem calculadoras eletrônicas, e as contas tinham de ser feitas à mão, ou com calculadoras mecânicas limitadas s mais simples operações aritméticas).

Hoje em dia, essa mesma idéia é usada em computadores de alto desempenho, com microprocessadores substituindo as jovens secretárias! Em 1959, em uma palestra no Instituto de Tecnologia da Califórnia, Feynman sugeriu que, em um futuro não muito distante, os engenheiros poderiam pegar átomos e colocá-los onde bem entendessem, desde que, é claro, não fossem violadas as leis da natureza. Com isso, materiais com propriedades inteiramente novas, poderiam ser criados. Esta palestra, intitulada "Há muito espaço lá embaixo" é, hoje, tomada como o ponto inicial da nanotecnologia. A idéia de Feynman é que não precisamos aceitar os materiais com que a natureza nos provê como os únicos possíveis no universo. Da mesma maneira que a humanidade aprendeu a manipular o barro para dele fazer tijolos e com esses construir casas, seria possível, segundo ele, manipular diretamente os átomos e a partir deles construir novos materiais que não ocorrem naturalmente. Um sonho? Talvez, há quarenta anos atrás. Mas, como o próprio Feynman dizia em sua conferência, nada, nesse sonho, viola as leis da natureza e, portanto, é apenas uma questão de conhecimento e tecnologia para torná-lo realidade. Hoje, qualquer toca-disco de CD's é uma prova da verdade do que Feynman dizia. Os materiais empregados na construção dos lasers desses toca-discos não ocorrem naturalmente, mas são fabricados pelo homem, camada atômica sobre camada atômica.

O objetivo da nanotecnologia, seguindo a proposta de Feynman, é o de criar novos materiais e desenvolver novos produtos e processos baseados na crescente capacidade da tecnologia moderna de ver e manipular átomos e moléculas. Os países desenvolvidos investem muito dinheiro na nanotecnologia. Mais de dois bilhões de dólares por ano, se somarmos os investimentos dos Estados Unidos, Japão e União Européia. Países como Coréia do Sul e Taiwan, que têm sido muito melhor sucedidos que o Brasil na utilização de tecnologias modernas para gerar bons empregos e riquezas para seus cidadãos, também estão investindo centenas de milhões de dólares nessa área. nanotecnologia não é uma tecnologia específica, mas todo um conjunto de técnicas, baseadas na Física, na Química, na Biologia, na ciência e Engenharia de Materiais, e na Computação, que visam estender a capacidade humana de manipular a matéria até os limites do átomo. As aplicações possíveis incluem: aumentar espetacularmente a capacidade de armazenamento e processamento de dados dos computadores; criar novos mecanismos para entrega de medicamentos, mais seguros e menos prejudiciais ao paciente dos que os disponíveis hoje; criar materiais mais leves e mais resistentes do que metais e plásticos, para prédios, automóveis, aviões; e muito mais inovações em desenvolvimento ou que ainda não foram sequer imaginadas. Economia de energia, proteção ao meio ambiente, menor uso de matérias primas escassas, são possibilidades muito concretas dos desenvolvimentos em nanotecnologia que estão ocorrendo hoje e podem ser antevistos.

No Brasil, a nanotecnologia ainda está começando. Mas, já há resultados importantes. Por exemplo, um grupo de pesquisadores da Embrapa, liderados pelo Dr. L. H. Mattoso, desenvolveu uma "língua eletrônica", um dispositivo que combina sensores químicos de espessura nanométrica, com um sofisticado programa de computador para detectar sabores. A língua eletrônica da Embrapa, que ganhou prêmios e está patenteada, é mais sensível do que a própria língua humana. Ela é um produto nanotecnológico, pois depende para seu funcionamento da capacidade dos cientistas de sintetizar (criar) novos materiais e de organizá-los, camada molecular por camada molecular, em um sensor que reage eletricamente a diferentes produtos químicos. Você pode imaginar alguns usos para uma língua eletrônica?

Aplicações em catálise - isto é, na química e na petroquímica, em entrega de medicamentos, em sensores, em materiais magnéticos, em computação quântica, são alguns exemplos da nanotecnologia sendo desenvolvida no Brasil. O que precisamos agora é aprender a transformar todo este conhecimento em riquezas para o país.

A nanotecnologia é extremamente importante para o Brasil, por que a indústria brasileira terá de competir internacionalmente com novos produtos para que a economia do país se recupere e retome o crescimento econômico. Esta competição somente será bem sucedida com produtos e processos inovadores, que se comparem aos melhores que a indústria internacional oferece. Isto significa que o conteúdo tecnológico dos produtos ofertados pela indústria brasileira terá de crescer substancialmente nos próximos anos e que a força de trabalho do país terá de receber um nível de educação em ciência e Tecnologia muito mais elevado do que o de hoje. Este é um grande desafio para todos nós.

Fonte: www.conciencia.com.br

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