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Nanómetro: a dimensão que sempre existiu

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Nanómetro: a dimensão que sempre existiu

Mensagem por Carlos Costa em 22nd Janeiro 2008, 17:12

Têm aqui um excelente artigo sobre a nanotecnologia:


Materiais ou estruturas com dimensões da ordem dos nanómetros (um nanómetro é um milionésimo do milímetro) sempre existiram na natureza. O que é recente, é a nossa capacidade de manipular, construir e compreender estruturas destas dimensões. Desde há alguns anos, no entanto, é raro encontrar uma revista de divulgação científica que não inclua algum artigo sobre avanços na área da nanotecnologia, um nome criado por Norio Taniguchi em 1974.

O objectivo da nanotecnologia é a construção e utilização tecnológica de materiais com dimensões características menores do que algumas centenas de nanómetros. Este é um campo multidisciplinar por excelência, onde se juntam conhecimentos e especialistas nos domínios da engenharia, química, física, medicina e biologia, entre outros.

O domínio das aplicações, correntes ou possíveis, é igualmente imenso, indo desde a computação e a electrónica até à tecnologia aeroespacial, passando pela medicina, a protecção ambiental, a indústria alimentar e até os cosméticos. Utiliza-se por vezes o termo nanociência para distinguir aspectos mais científicos dos aspectos de ordem puramente técnica.

Um nanómetro é o comprimento ocupado por cinco a dez átomos dispostos em linha – um cabelo humano tem cerca de 50 000 nanómetros de espessura. Curiosamente, um nanómetro é aproximadamente quanto cresce a barba de um homem no tempo que ele leva a levantar a gilete ao barbear-se. Ao reduzirmos materiais até perto da escala molecular, não estamos simplesmente a expandir as fronteiras da miniaturização que produziram a revolução da microelectrónica.

Com efeito, objectos destas dimensões podem ter propriedades fisicas completamente diferentes dos seus análogos macroscópicos e permitir, por isso, aplicações novas. A platina, por exemplo, apesar de quimicamente inerte à escala macroscópica, transforma-se num catalisador de reacções químicas quando reduzida a nanopartículas. A esta escala, tona-se frequentemente necessário recorrer à mecânica quântica para prever ou explicar propriedades dos materiais.

Uma comparação entre a fabricação de um automóvel e o crescimento de uma árvore é frequentemente usada para descrever algumas das expectativas por trás da nanotecnologia. Um automóvel começa a vida como uma quantidade enorme de minério do qual é extraido ferro, que é transformado em aço, que se torna por sua vez num automóvel. Ao longo do caminho foram empregues enormes recursos e grandes quantidades de energia.

Uma árvore, pelo contrário, usa a energia solar para processar dióxido de carbono e água, molécula a molécula, e com eles formar células, que formam folhas e madeira, de uma complexidade infinitamente maior do que os componentes de um automóvel e gastando muito menos recursos. Assim, um dos campos de investigação em nanotecnologia é o desenvolvimento de materiais que se “auto-fabricam” através da sintetização de moléculas que se encaixam e complementam para formar os objectos pretendidos.

A nanotecnologia produziu até hoje avanços tecnológicos com grande impacto, alguns dos quais passam despercebidos do público em geral. O caso mais conhecido é talvez o da “magnetoresistência gigante”. A magnetoresistência é um fenómeno em que a resistência eléctrica num metal é alterada pela presença de um campo magnético. Numa sanduíche de camadas metálicas alternadamente ferromagnéticas e não magnéticas com espessuras da ordem de alguns nanómetros, a magnitude deste fenómeno é muito amplificada (daqui o nome do efeito) por efeitos quânticos – devidos ao alinhamento do spin dos electrões nas várias camadas metálicas.

A descoberta deste efeito, em 1998, valeu a Albert Fert e Peter Grünberg o prémio Nobel da Física de 2007 e permitiu rapidamente um enorme aumento da densidade de informação contida nos discos rígidos dos computadores (este artigo foi escrito com a ajuda de um computador que usa a magnetorisestência gigante!) Tirando partido deste efeito, é possível ler sinais magnéticos mais fracos do que era anteriormente conseguido, o que torna possível o armazenamento de um bit de informação (um 1 ou um 0) num domínio magnético com menores dimensões sobre o disco rígido. Outras aplicações deste efeito incluem por exemplo bússolas electrónicas e a detecção de minas.

Na medicina, a administrção de medicamentos em que o composto activo é transportado para os tecidos doentes por nanopartículas, está a tornar-se uma realidade. Devido às suas propriedades cuidadosamente programadas, estas nanopartículas ligam-se sobretudo a células doentes, onde “injectam” a sua carga, aumentando a eficácia do tratamento e diminuindo os efeitos nocivos do medicamento sobre tecidos saudáveis.
Estes são apenas algums exemplos das aplicações actuais deste campo de investigação e desenvolvimento extremamente activo. Dentro de dez ou vinte anos, será de esperar que grandes avanços tenham sido realizados em várias áreas. É provável que análises químicas e biológicas se façam rotineiramente com a ajuda de circuitos integrados, a partir de quantidades infinitesimais de material.

É possível que grande parte dos aparelhos electrónicos contenham circuitos em que o spin dos electrões, em vez da sua carga, é usado no tratamento da informação (spintrónica). Objectos de elevada resistência e leveza serão provavelmente fabricados a partir de nanotubos de carbono, um dos materiais intensamente estudados pela nanotecnologia. É também provável que a área da nanomedicina tenha levado ao aparecimento de implantes microscópicos que substituam capacidades diminuídas de visão, ou audição.

Novos desenvolvimentos tecnológicos são geralmente acompanhados de efeitos sobre a sociedade e a pessoa humana. Estes efeitos geram novas questões de ordem ética e moral. As capacidades técnicas geradas pela nanotecnologia criarão concerteza questões específicas, que deverão ser respondidas pela sociedade como um todo. É parte integrante da vida de uma sociedade em constante evolução – o mesmo aconteceu com a revolução dos microcomputadores e acontece hoje em dia com a biotecnologia e as ciências biomédicas.

O investimento mundial na área da nanotecnologia cresceu desde praticamente zero há pouco mais que 10 anos, até cerca de dez mil milhões de dólares em 2007. Metade deste capital vem de investimento público na investigação e divide-se igualmente entre os Estados Unidos, o Japão, a Europa e o resto do mundo. Estima-se que em 2015 o sector da manufactura de nano-objectos seja responsável por cerca de 2 milhões de empregos. Em suma, a nanotecnologia é um domínio novo, extremamente activo e cheio de promessas para o futuro.

Fonte: CiênciaHoje

Carlos Costa
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Re: Nanómetro: a dimensão que sempre existiu

Mensagem por Safra em 29th Janeiro 2008, 16:13

Carlos Costa escreveu:. Assim, um dos campos de investigação em nanotecnologia é o desenvolvimento de materiais que se “auto-fabricam” através da sintetização de moléculas que se encaixam e complementam para formar os objectos pretendidos.

Um grande avanço são os Metais de memória, que são fabricado sob uma forma que pode ser maleável, mas quando é aquecido, ele retorna ao seu estado igual ao que foi prgramado.
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