Nanotecnologia: As grandes mudanças do nanomundo

Nesse artigo vamos falar sobre as grandes mudanças causadas pela nanotecnologia. De fato, a nanociência desde sua concepção como ideia até o atual estado da arte vem se mostrando capaz de trazer várias revoluções científicas e avanços tecnológicos. Ademais, a área da nanotecnologia, dada sua interdisciplinaridade, vem trazendo cada vez mais emprego e oportunidades a profissionais especializados de diferentes áreas das ciências e engenharias.

Nesse sentido, nós dá MeuGuru trazemos esse texto para você Gurunauta. Com efeito, nesse artigo vamos discutir um pouco sobre o estado da arte da nanotecnologia. Para tanto, vamos perpassar a origem da nanotecnologia, os fatores que fazem os materiais nanométricos serem tão surpreendentes e incríveis como também várias aplicações da nanotecnologia.

Além disso, vamos ainda listar alguns dos principais centros de pesquisa no Brasil e no mundo que trabalham fortemente com nanotecnologia e quais seus impactos sociais e tecnológicos.

A história por trás da nanotecnologia

A história da nanotecnologia emerge de uma palestra intitulada:”There is plenty of history at the bottom” (Há mais história lá em baixo). Com efeito, foi nesse jantar em que o físico Richard Feynman propôs um novo campo de estudo para a matéria. Em particular, o físico realizou o vislumbre da possibilidade de construirmos moléculas e materiais de interesse partindo das suas unidades fundamentais, isto é, dos átomos que constituíam a matéria.

A partir disso, vários estudos independentes começaram a caminhar na linha de tornar as palavras proféticas de Feynman em palavras reais e incontestáveis.

Nesse sentido, alguns dos marcos históricos que vão no caminhar de edificar a nanotecnologia são os seguintes

1. 1981: A IBM pesquisou sobre a manipulação de átomos individuais usando um microscópio de tunelamento, permitindo que os cientistas vissem e manipulassem átomos em escala nanométrica.
2. 1986: A descoberta dos fullerenos, também conhecidos como “buckyballs”, um tipo de molécula de carbono em forma de esfera, abriu caminho para o desenvolvimento de materiais em escala nanométrica.
3. 1991: A descoberta dos nanotubos de carbono, um tipo de nanomaterial composto por uma única camada de átomos de carbono, que possuem propriedades únicas, como alta resistência e condutividade.
4. 1999: A empresa Zyvex foi fundada, tornando-se a primeira empresa comercial de nanotecnologia do mundo.
5. 2000: O Prêmio Nobel de Química foi concedido a três cientistas, incluindo Richard Smalley, por seu trabalho na descoberta dos fullerenos.
6. 2004: A primeira conferência internacional sobre nanotecnologia foi realizada em Boston, marcando o início do reconhecimento global da importância da nanotecnologia.
7. 2010: O governo dos Estados Unidos lançou a Iniciativa Nacional de Nanotecnologia, um programa que visa promover a pesquisa e o desenvolvimento da nanotecnologia nos Estados Unidos.

O atual estado da nanotecnologia

Atualmente, a nanotecnologia encontra-se em um verdadeiro despontar. Decerto, seus avanços tornam-se promissores em áreas como medicina, computação quântica, engenharia de materiais e afins. Ademais, um dos grandes responsáveis por isso são os nanomateriais de carbono que mostram-se promissores em diversas aplicações dada sua versatilidade.

Além disso, nós vemos que o reconhecimento da nanotecnologia é algo essencialmente notório pela comunidade científica. De fato, há vários premiações de Nobel dentre outros voltadas a avanços e descobertas nessa área, em particular podemos citar as seguintes.

1. O Prêmio Nobel de Química de 1996 foi concedido a Robert F. Curl Jr., Sir Harold W. Kroto e Richard E. Smalley pela descoberta dos fullerenos, um tipo de molécula de carbono em forma de esfera.
2. O Prêmio Nobel de Física de 1986 foi concedido a Gerd Binnig e Heinrich Rohrer pelo desenvolvimento do microscópio de tunelamento, uma ferramenta crucial para a pesquisa em nanotecnologia.
3. Prêmio Kavli de Nanociência de 2008, concedido a Sumio Iijima pela descoberta dos nanotubos de carbono. A descoberta de Iijima em 1991 foi um avanço importante na nanotecnologia e abriu caminho para muitas novas aplicações.

1. O Prêmio Nobel de Química de 2016 foi concedido a Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart e Bernard L. Feringa pela concepção e síntese de máquinas moleculares.
2. O Prêmio Nobel de Física de 2010 foi concedido a Andre Geim e Konstantin Novoselov pela descoberta do grafeno, um material bidimensional composto por átomos de carbono em uma estrutura hexagonal

Propriedades dos materiais em escala nanométrica

Os materiais, quando em nanoescala, podem manifestar diversos fenômenos físicos os quais não são perceptíveis em relação aos materiais em macroescala.

De fato, isso ocorre por que os materiais nessa faixa de comprimento possuem várias propriedades particulares. Portanto, essas propriedades fazem com que eles tenham grandes diferenciais em relação a materiais já existentes no mercado.

Nesse sentido, podemos citar as seguintes propriedades:

1. Tamanho: A principal diferença entre os materiais em escala nanométrica e os materiais em escalas maiores é o tamanho. Quando um material é reduzido à escala nanométrica, ele se torna muito menor do que sua contraparte em escala maior, o que pode levar a uma série de mudanças nas suas propriedades.
2. Área superficial: A área superficial de um material em escala nanométrica é muito maior em comparação com a de um material em escala maior. Isso ocorre porque, à medida que o tamanho do material diminui, a relação entre sua superfície e seu volume aumenta.
3. Propriedades ópticas: Os materiais em escala nanométrica podem apresentar propriedades ópticas únicas, como fluorescência e propriedades de absorção seletiva de luz.
4. Propriedades eletrônicas: A escala nanométrica pode alterar significativamente as propriedades eletrônicas dos materiais. Por exemplo, os materiais em escala nanométrica podem apresentar níveis de energia mais altos ou mais baixos do que os materiais em escalas maiores.
5. Dureza e resistência: Os materiais em escala nanométrica podem ser muito mais duros e resistentes do que os materiais em escalas maiores, devido à sua alta densidade e à grande quantidade de átomos presentes em sua estrutura.
6. Condutividade térmica: Os materiais em escala nanométrica podem apresentar uma condutividade térmica diferente em comparação com materiais em escalas maiores.

Algumas aplicações da nanotecnologia

Pela seção anterior, nós fica claro que os nanomateriais podem ter várias propriedades particulares de interesse. Ademais, essas propriedades particulares podem ser úteis para várias aplicações em diferentes setores tecnológicos. Nesse sentido, podemos citar as seguintes aplicações.

1. Dispositivos Eletrônicos. Decerto, podemos empregar a nanotecnologia na fabricação de componentes eletrônicos de alta performance, como transistores, memórias de computador e telas de exibição.
2. Medicina. A nanotecnologia tem aplicações importantes em diagnóstico médico, terapia e entrega e medicamentos. Com efeito, podemos usar nanomateriais para transportar drogas para regiões específicas do corpo dos pacientes.
3. Energia. Decerto, nós conseguimos usar a nanotecnologia no desenvolvimento de baterias mais eficientes, células solares e sistemas de armazenamento de energia.
4. Materiais. Com efeito, nós podemos, partir de métodos da nanotecnologia, construírmos materiais com propriedades avançadas, como resistência superior, leveza e durabilidade.
5. Meio ambiente. A nanotecnologia tem o potencial de fornecer soluções para problemas ambientais, como purificação da água e remoção de poluentes.
6. Segurança. Em especial, podemos aqui usar a nanotecnologia no desenvolvimento de materiais resistentes à abrasão e à corrosão, bem como em sistemas de detecção de ameaças.

Oportunidades para você trabalhar com o mundo nano

Assim como a nanotecnologia possui várias aplicações, a mesma ainda requer um grande número de profissionais qualificados para seu desenvolvimento. Portanto, essa área é um terreno fértil para profissionais que querem estar conectados a novas tecnologias.

Áreas de atuação

Nesse sentido, agora vamos te apresentar algumas das oportunidades e formas com que você pode iniciar sua aventura profissional pelo mundo nano.

Com efeito, algumas das possibilidades são as seguintes:

• Estudar nanotecnologia na universidade: Existem vários cursos de graduação e pós-graduação em nanotecnologia. Por exemplo, a Universidade Federal do ABC conta com uma pós graduação focada em nanotecnologia.
• Pesquisa acadêmica: Se você tiver formação acadêmica em áreas como química, física, biologia, engenharia ou ciência da computação, você pode trabalhar em projetos de pesquisa em nanotecnologia em universidades, institutos de pesquisa ou empresas.
  • Físicos e químicos podem trabalhar com nanotecnologia tanto na elaboração de modelos teóricos preditivos para nanomateriais como também parte experimental, pois, devido a essa vertente, focar-se na síntese e caracterização de nanomateriais com uso de técnicas avançadas de materiais.
  • Cientistas da computação podem trabalhar nessa área desenvolvendo códigos e modelos de simulação para a predição téorica de propriedades e de materiais.
  • Engenheiros podem atuar na área direta com aplicações. Com efeito, o emprego de nanomateriais para o desenvolvimento de equipamentos, materiais de segurança e itens da indústria em geral são algumas das formas de como engenheiros podem atuar nessa área.
  • Biólogos também podem atuar e trabalhar com nanotecnologia. Decerto, muitas vezes esses atuam estudando como é possível empregar nanomateriais e nanopartículas na interação com drogas e como transportá-las no corpo humano, na interação com herbicidas e agrotóxicos.

Além disso, a própria indústria e o empreendedorismo são áreas promissoras para a nanotecnologia. Com efeito, na indústria há inúmeras possibilidades de desenvolvimento de produtos com o uso do nano. Ademais, toda essa logística requer fortes aspectos empreendedores para o desenvolvimento de ideias e produtos baseados em nanotecnologia

Referências

POOLE JR., Charles P.; OWENS, Frank J. Introduction to Nanotechnology. New Jersey: Wiley-Interscience, 2003.

ROGERS, Ben; PENNATHUR, Sumita; ADAMS, Jesse. Nanotechnology: Understanding Small Systems. Boca Raton: CRC Press, 2011.

KUMAR, Narenda; PATHAK, Yashwant. Nanotechnology and Nanomaterials in the Treatment of Life-threatening Diseases. Singapore: Springer, 2019.

AMERICAN CHEMICAL SOCIETY. Nanotechnology. Disponível em: https://www.acs.org/content/acs/en/policy/publicpolicies/promote/science/nanotechnology.html. Acesso em: 27 abr. 2023.

NANOTECHNOLOGY NOW. Disponível em: https://www.nanotechnologynow.com/. Acesso em: 27 abr. 2023.

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SCIENCE DAILY. Nanotechnology News. Disponível em: https://www.sciencedaily.com/news/matter_energy/nanotechnology/. Acesso em: 27 abr. 2023.