Mesmo uma ciência bem estabelecida como a Física pode passar por grandes mudanças e ter novas abordagens para a pesquisa. Desde a segunda metade do século passado, a possibilidade de construir e trabalhar com novas estruturas, lidando diretamente com átomos individuais, permitiu o desenvolvimento de um novo campo de pesquisa pura e aplicada – a nanotecnologia, ou nanociência –, que se dedica a construir estruturas com dimensões nanométricas, ou seja, de 10^–9 metro.
Quando vamos para a escala do muito pequeno, podemos citar três estruturas básicas feitas de carbono puro: o fulereno, os nanotubos e o grafeno.
O fulereno tem o formato de uma bola de futebol feita com 60 átomos de carbono (um átomo de carbono mede cerca de 0,07 nanômetro); os nanotubos são pequenos tubos feitos inteiramente de carbono, formando canudos que podem ter diversos diâmetros; e, por fim, o grafeno é uma espécie de tela feita somente de carbono e que pode ser tão fina quanto um único átomo de espessura.
A partir do grafeno é possível construir fulerenos e nanotubos, e, utilizando os dois últimos em conjunto, podemos desenvolver diversas estruturas. Um exemplo são os cosméticos que penetram na pele mais profundamente, como os novos protetores solares, mais transparentes e menos gordurosos.
Mas não é somente na estética que a nanotecnologia tem aplicações. Nanocarregadores transportam remédios diretamente para o tecido específico, diminuindo as doses e os efeitos colaterais.
Outras aplicações são os transistores, que em breve farão parte dos novos
computadores. Os nanotubos de carbono também são empregados nas tintas que revestem aviões militares e em tomógrafos hospitalares.
Nos aviões a pintura funciona como uma camuflagem, fazendo com que a aeronave não seja perceptível aos radares, enquanto nos tomógrafos – aparelhos que produzem imagens tridimensionais do corpo humano utilizando raios X – os nanotubos absorvem ondas eletromagnéticas que podem interferir nos sinais elétricos, reduzindo a qualidade
da imagem, por exemplo, as ondas dos celulares.
Porém, o desenvolvimento mais impressionante são as nanomáquinas, como o nanocarro, desenvolvido a partir de 2005. Dentro desse grupo já existem projetos de nanomotores e, possivelmente, teremos
nanorrobôs, que no futuro ajudarão nos tratamentos de saúde, reconstituindo tecidos, e no combate a diversas doenças, hoje difíceis de serem tratadas, como o câncer. O mais notável é que esse campo de pesquisa é muito novo.
Em 2015, o fulereno completou apenas 30 anos. Nesse mesmo ano, os pesquisadores Andre Geim e Konstantin Novoselov, professores da Universidade de Manchester, Reino Unido, receberam o prêmio Nobel
por terem conseguido separar pela primeira vez uma folha de grafeno.
As promessas nesse campo ainda são grandes. Cada vez mais novos físicos, químicos, biólogos, etc. têm se envolvido na pesquisa desses temas, e a nanotecnologia tem se tornado um dos ramos mais importantes da Física contemporânea.
TIPOS DE NANOTECNOLOGIA
Os diferentes tipos de nanotecnologia são classificados de acordo com seu modo de proceder (top-down ou bottom-up) e da natureza do meio em que trabalham (seca ou úmida):
Descendente (top-down)
Os mecanismos e as estruturas são miniaturizados em escala nanométrica — com um tamanho de 1 a 100 nanômetros —. É o mais frequente até hoje, especialmente no campo da eletrônica.
Ascendente (bottom-up)
Começa com uma estrutura nanométrica — uma molécula, por exemplo — e através de um processo de montagem ou automontagem se cria um mecanismo maior do que o inicial.
Nanotecnologia seca
É usada para fabricar estruturas em carbono, silício, materiais inorgânicos, metais e semicondutores que não funcionam com umidade.
Nanotecnologia úmida
Baseia-se em sistemas biológicos presentes em um ambiente aquoso — incluindo material genético, membranas, enzimas e outros componentes celulares —.
EXEMPLOS E APLICAÇÕES DA NANOTECNOLOGIA
As aplicações da nanotecnologia e os nanomateriais abrangem todos os tipos de setores industriais. O mais comum é encontrá-los nas seguintes áreas:
Eletrônica
Os nanotubos de carbono estão a ponto de substituir o silício como material para fabricar microchips e dispositivos menores, rápidos e eficientes, assim como nanofios quânticos mais leves, condutores e resistentes. As propriedades do grafeno o convertem no candidato ideal para o desenvolvimento de telas flexíveis sensíveis ao toque.
Energia
Um novo semicondutor projetado pela Universidade de Quioto permite fabricar painéis solares que duplicam a quantidade de luz solar convertida em corrente elétrica. A nanotecnologia também reduz os custos, produz turbinas eólicas mais fortes e leves, melhora o desempenho dos combustíveis e, graças ao isolamento térmico de alguns nanocomponentes, pode economizar energia.
Biomedicina
As propriedades de alguns nanomateriais os tornam ideais para melhorar o diagnóstico precoce e o tratamento de doenças neurodegenerativas ou do câncer. São capazes de atacar as células cancerígenas de forma seletiva sem prejudicar as restantes células saudáveis. Algumas nanopartículas também foram utilizadas para melhorar produtos farmacêuticos, como os protetores solares.
Meio ambiente
A purificação do ar com íons, a purificação de águas residuais com nanobolhas ou os sistemas de nanofiltração para metais pesados são algumas de suas aplicações positivas para o meio ambiente. Também existem nanocatalisadores para que as reações químicas sejam mais eficientes e poluam menos.
Alimentação
Trata-se de um campo onde poderiam ser usados nanobiossensores para detectar a presença de patógenos nos alimentos ou nanocompostos para melhorar a produção de alimentos uma vez que aumenta a resistência mecânica e térmica, assim como diminui a transferência de oxigênio nos produtos embalados.
Têxtil
A nanotecnologia possibilita o desenvolvimento de tecidos inteligentes que não mancham nem amarrotam, assim como de materiais mais resistentes, leves e duradouros para fabricar capacetes para motociclistas ou equipamento esportivo.
Referências
Iberdrola - Nanotecnologia: uma pequena solução para grandes problemas Disponível em https://www.iberdrola.com/inovacao/aplicacoes-da-nanotecnologia
Luz, Antônio Máximo Ribeiro da Física : contexto & aplicações : ensino médio / Antônio Máximo Ribeiro da Luz, Beatriz Alvarenga Álvares, Carla da Costa Guimarães. -- 2. ed. -- São Paulo : Scipione, 2016. Obra em 3 v. 1. Física (Ensino médio) I. Álvares, Beatriz Alvarenga. II.
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