O documento discute conceitos fundamentais sobre nanotecnologia. Em três frases: A nanotecnologia estuda e manipula a matéria na escala de 1 a 100 nanômetros, permitindo novas propriedades e aplicações. Os principais tópicos abordados são: origem do termo "nano", histórico da área, instrumentos para visualização e síntese de materiais nanométricos, exemplos de aplicações atuais e futuros riscos ambientais e à saúde.

1. NANOTECNOLOGIA
Leonardo Artur Biazi
Cristian Bernardi

2. De onde vem o nome “nano”?
• 1 nano(do grego “anão”)metro = 1 nm = um
bilionésimo de metro.
• Tamanho de um átomo: 0,03 a 0,27 nm.
• O nanometro é a menor dimensão prática da
engenharia de materiais.
• Nanoestrutura e a dimensão física entre 1nm a
100 nm
– É a escala de comprimento de átomos e moléculas.
– Abaixo de átomos, temos as partículas sub-atômicas.
Porém, do ponto de vista prático, não as usamos (por
enquanto) diretamente para construir nada.

3. Breve histórico
• Hipótese atômica ( 500 AC Dalton): “átomos” são os
elementos fundamentais indivisíveis do mundo material.
• Teoria atômica (século 19): (1) elementos químicos
distintos e (2) combinados em proporções fixas.
• Realidade atômica (século 20)
– Átomos obedecem a leis diferentes daquelas no “nosso” mundo.
– Física Quântica.
• Marco Histórico do interesse explícito pela nanociência
e nanotecnologia → Físico Americano Richard Feynman
“Alguma coisa estranha acontece lá embaixo”. (1959)

4. Nanotecnologia
• Nanotecnologia somente se torna possível a
partir do momento em que temos instrumentos
para ver e manipular átomos e moléculas
individuais.
• Materiais nanométricos possuem novas
propriedades físicas e químicas em relação aos
materiais micrométricos.
• Precisamos de instrumentos especiais e teorias
que nos permitam entender os resultados que
estes instrumentos geram, bem como novas
técnicas de síntese de materiais.

5. Microscopia
Eletrônica

6. Imagem de microscopia
eletrônica de transmissão
a = 0,589 nm

7. Síntese de materiais
nanoestruturados

8. Síntese química
• Síntese de nanopartículas coloidais.
– Processos químicos clássicos de síntese por
via úmida.
• Por via úmida é possível controlar a morfologia,
estrutura, tamanho e a composição química.

9. Controle de tamanho e forma
Au Ag Au
T.C.R.Rocha, C. S. Novo, D. Zanchet, LNLS

10. Amostras sintetizadas na UFSC
Esferas ocas de Ni-P
Microplacas de SnOx
Nanofibras MoS2
Diâmetro médio = (27 ± 4) nm
200 nm
Dep. de Física - UFSC

11. Um produto nanotecnológico
brasileiro
Adotado pela Associação
Brasileira de Indústrias do Café
(ABIC) como provador oficial.

12. Língua Eletrônica
Grupo do Dr. L. H. Mattoso/ CNPDIA/São Carlos
Patente Internacional/Embrapa

13. NANOTUBOS DE CARBONO
Descobertos em 1991 por Kazuo Iijima
Nanotubos de carbono são tubos formados a partir da folha de grafeno
com diâmetro em escala nanométrica.
SWCNT´s – Single-wall Carbon Nanotubes – Prop. Elétricas e Óticas
MWCNT´s – Multi-wall Carbon Nanotubes – Prop. Mecânicas
Nanotubos de carbono

14. NANOTUBOS DE CARBONO - SWCNT´s
Sua quiralidade define se o NTC será condutor ou semicondutor
Armchair – Condutor
ZigZag - Semicondutor
Chiral – Semicondutor

15. NANOTUBOS DE CARBONO - SWCNT´s
Propriedades e Aplicações dos SWCNT´s
Grande superfície específica, geometria
e condução elétrica de baixíssima
perda. Células fotovoltaicas
Sensores – gases, líquidos e de radiação;
Fotocondutividade – Led´s e células fotovoltaicas;
Piezoeletricidade – micro-motores;
Sensores
Armazenagem – enzimas, fármacos e hidrogênio;
Outros dispositivos – transistores, FET,
membrana de gases, cultura biológica e etc..
Emissores de Campo

16. NANOTUBOS DE CARBONO - SWCNT´s
Armazenamento de H2 nas
células a combustível
NTC/LabMat – TEM/UFSC

17. NANOTUBOS DE CARBONO - MWCNT´s
Propriedades e Aplicações dos MWCNT´s
NTC possuem ligações sp2

18. NANOTUBOS DE CARBONO - MWCNT´s
Possuem a maior resistência a ruptura sob tração conhecida, na ordem
de 200 GPa, 100 vezes superior ao mais resistente aço com apenas 1/6 de
sua densidade.

19. NANOTUBOS DE CARBONO - MWCNT´s
Propriedades e Aplicações dos MWCNT´s
Incorporação – polímeros, metais e
cerâmicas e fibras de carbono, buckypaper;
Fibra de carbono com NTC
extrusora
Matriz polimérica Fita de MWCNT´s

20. NANOTUBOS DE CARBONO

21. NANOTUBOS DE CARBONO
Propriedades Elétricas
Os NTC são quase perfeitos condutores em 1D (uma direção).
A baixas temperaturas, numa escala nanômetrica, observa-se fenômenos de
tunelamento e aproximada supercondutividade.
O aumento da temperatura, assim como em qualquer condutor, diminui a
condução em condutores e aumenta em semicondutores. Porém esse efeito
é menor nos NTC, devido a efeitos quânticos conhecidos como “líquido de
Luttinger”.
Em baixas temperaturas a densidade de corrente dos NTC é
aproximadamente de 109 A/cm2, quase 1000 vezes maior que o Cobre.

22. NANOTUBOS DE CARBONO
Fatores Limitantes
Baixa obtenção nos atuais processos (ablação a laser, CVD, discarga em
arco elétrico, etc..)
E o altíssimo custo de produção, sendo aproximadamente:
1g de MWCNT´s 15U$
1g de SWCNT´s 500U$
Estimativa de produção

23. NANOMATERIAIS e APLICAÇÕES
Atuais
Protetores solares e cosméticos – Nanopartículas de Ti02 e ZnO são utilizados em
protetores solares por refletem a radiação UV e são transparentes a luz visível.
Compósitos – Utilizado nanopartículas e nanotubos normalmente. Melhoram
propriedades mecânicas, óticas, elétricas e magnéticas dos materiais.
Revestimentos e superfícies – Aumenta a resistência mecânica e de proteção contra
intemperismo além de propriedades eletrônicas, catalíticas e superfícies quimicamente
funcionalizadas. Exemplo revestimento em pisos com nanopartículas de prata que tem
ação antibactericida ou o TiO2 que possui propriedades hidrofóbicas.
Ferramentas – Ferramentas mais resistents e mais duras são produzidas apartir de
nanocristais como o carboneto de Tungstênio, carboneto de Tantâlo e o carboneto de
Titânio.

24. NANOMATERIAIS e APLICAÇÕES
Curto Prazo
Pintura – Estuda-se pinturas que emitem luz quando submetido a campo elétrico. E ainda
pintas que sejam mais resistêntes a ambientes inóspitos. Estuda-se também pinturas
com propriedades óticas de absorção e de condutividade.
Agente Biológico* – Devido a grande área superficial estuda-se nanopartículas aplicados
em filtros de ar e água. (nanopartículas de ferro e NTC).
Células Combustível – Armazenamento de H2. NTC.
Displays – Já estao em fase de testes televisores e monitores com telas feitas apartir de
nanopartículas como ZnSe, ZnS, CdS. Esses displays apresentam maior brilho e menor
consumo energético.
Aditivos no combustível – Óxido de Cério adicionado ao diesel melhora a eficiência do
combustível.
Baterias – com aparelhos cada vez melhor as fontes de energia devem ser cada vez mais
eficientes, para isso já está sendo desenvolvido baterias com nanopartículas de Ni.

25. NANOMATERIAIS e APLICAÇÕES
Longo Prazo
Lubrificantes – Nanopartículas de MoS2, Nitrato de Boro (hexagonal). Aplicação para
máquinas de alta performace como centrífugas nucleares e aplicação espacial.
Cerâmicas – A diminuição do tamanha do grão aumenta a ductilidade da cerâmica.
Nitreto de sílicio e Carbeto de sílicio.
Implantes Médicos* – Materiais como TiO e NTC possuem alta resistência mecânica e
baixa corrosão.
Materiais Magnéticos – Sendo desenvolvidos para aplicação em motores, equipamentos
de ressonância magnética e microsensores. Outra área de grande aplicação é a da
construção de dispositivos de armazenamento de dados. Existe uma nova era de
computadores surgindo conhecido como spin-tronic, todo seu funcionamento é baseado
no spin do elétron.
Aplicação Militar – Roupas militares que resistentes a agentes químicos e biológicos.
Sendo desenvolvido pelo Institute of Soldier Nanotechnologies e por Massachusetts
Institute of Technology.

26. PRODUÇÃO DE NANOMATERIAIS

27. NANOTECNOLOGIA
Despesas públicas em nanotecnologias
em 2003

28. NANOTECNOLOGIA
Despesas públicas em nanotecnologias
em 2003 – outros países

29. NANOTECNOLOGIA
Despesas públicas em nanotecnologias
em 2003 – per capita

30. NANOTECNOLOGIA
Benefícios
Maximização da eficiência dos materiais;
Minimização na perda de matéria-prima;
Baixo consumo elétrico, no caso de nanomateriais com função
eletro-eletrônica;
Obtenção de novos materiais capazes de proporcionar o
desenvolvimento tecnológico e ainda causar maior conforto,
segurança, diminuindo a exploração dos recursos naturais.

31. Nanotecnologia – Possíveis riscos ao
meio ambiente e a saúde .

32. • As mesmas características que tornam as nanopartículas
interessantes do ponto de vista de aplicação tecnológica, podem
ser indesejáveis quando essas são liberadas ao meio ambiente.
• O pequeno tamanho das nanopartículas facilita sua difusão e
transporte na atmosfera, em águas e em solos, ao passo que
dificulta sua remoção por técnicas usuais de filtração.
• Pode facilitar também a entrada e o acúmulo de nanopartículas
em células vivas.
• De modo geral, sabe-se muito pouco ou nada sobre a
biodisponibilidade, biodegradabilidade e toxicidade de novos
nanomateriais.
• A contaminação do meio ambiente por nanomateriais com grande
área superficial, boa resistência mecânica e atividade catalítica pode
resultar na concentração de compostos tóxicos na superfície das
nanopartículas, com posterior transporte no meio ambiente.

33. VALE LEMBRAR QUE ....
• NANOPARTÍCULAS SÃO AFETADAS POR EFEITOS
QUANTICOS.
• ESTES EFEITOS MUDAM O COMPORTAMENTO
ÓTICO, ELETRICO, MAGNÉTICO, RESISTÊNCIA.
• NANOPARTÍCULAS PODEM SER QUIMICAMENTE
MAIS REATIVAS.
• ALGUMAS VEZES MATERIAIS DEIXAM DE SER
INERTES EM NANOESCALA.

34. OS POSSÍVEIS PROBLEMAS ESTAO:
• NATUREZA DAS NANOPARTICULAS;
• CARACTERÍSTICAS DO PRODUTOS FEITOS;
• PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENVOLVIDOS;
• QUAIS MATERIAIS SAO USADOS;
• QUE REJEITO E PRODUZIDO;
• SÃO USADOS PRODUTOS TÓXICOS NA
FABRICAÇÃO DE PRODUTOS NANOS?;
• O QUE ACONTECE QUANDO PARTICULAS E/OU
PRODUTOS NANOS CHEGAM AO AR, SOLO,
ÁGUA?.

35. POSSÍVEIS ROTAS DE EXPOSICAO PARA NANOPARTICULAS E NANOTUBOS

36. FORMAS DE CONTAMINAÇÃO NA CADEIA ALIMENTAR

37. FORMAS DE CONTAMINACAO NO SER HUMANO
• Por inalação
• Por ingestão
• Pela pele

38. Por inalação
Os alvéolos são formados por uma fina camada de células
envolvidas por uma rede de capilares. É nos alvéolos que
ocorre a hematose que consiste na troca do CO2 pelo O2.
500 nm é a
distancia entre o
sangue e o ar
Nanoparticulas podem
preencher esses alvéolos , o
que aconteceria ?

39. Por ingestão
Suco digestivo Enzima pH ótimo Substrato Produtos
Sistema digestivo Saliva Ptialina neutro
polissacaríde
maltose
os
Suco gástrico Pepsina ácido proteínas oligopeptídeos
peptídeos
proteínas peptídeos
Quimiotripsina alcalino
proteínas maltose
Tripsina alcalino
polissacaríde ribonucleotídeo
Amilopepsina alcalino
Suco pancreático os s
Rnase alcalino
RNA desoxirribonucl
Dnase alcalino
DNA eotídeos
Lipase alcalino
lipídeos glicerol e
ácidos graxos
oligopeptíde aminoácidos
Carboxipeptidas
alcalino os aminoácidos
e
alcalino oligopeptíde aminoácidos
Aminopeptidase
Suco intestinal alcalino os glicose
Dipeptidase
ou entérico alcalino dipeptídeos glicose e
Maltase
alcalino maltose frutose
Sacarase
alcalino sacarose glicose e
Lactase
lactose galactose
Como as nanoparticulas reagiriam com o sistema digestivo ?

40. Pela pele
• A pele é o órgão que envolve o corpo determinando seu limite com o meio externo.
Corresponde a 16% do peso corporal e exerce diversas funções, como: regulação
térmica, defesa orgânica, controle do fluxo sanguíneo, proteção contra diversos
agentes do meio ambiente e funções sensoriais (calor, frio, pressão, dor e tato).
• A pele é um órgão vital e, sem ela, a sobrevivência seria impossível.
• As nanoparticulas possuem um tamanho menor do que o poro da pele, ou seja, elas
entram no poro.
Exemplo: TiO2 nanometrico já tem sido utilizado em protetor solar para
combater os raios UV e queimaduras, porem, o artigo frisa que não foram
realizados estudos detalhados sobre a penetração dessas partículas.
Como as nanoparticulas reagem no interior da pele?

41. A lei americana sobre a nanotecnologia
Em Dezembro de 2003 o presidente americano assinou a 21st
CenturyNanotechnology Research and Development Act (Lei do Século XXI da
Pesquisa e Desenvolvimento em Nanotecnologia), um mês depois de ser enviada
pelo Congresso americano,onde foi aprovada em menos de um ano de tramitação.

42. Os principais pontos da lei são os seguintes:
i Criado o Programa Nacional de Nanotecnologia e um Conselho Nacional de
Nanotecnologia, com fins de estabelecer os objetivos, prioridades etc.
ii As atividades do Programa incluem o financiamento de pesquisas, a formação de redes e a
criação de estabelecimentos de pesquisas multidisciplinares em nanotecnologia, fomentar
a criação de empresas e a inovação industrial e garantir aos EUA a liderança mundial no
setor.
iii O Conselho será supervisionado pelo Conselho Nacional de Ciência e Tecnologia.
iv O Conselho deverá detalhar planos diretores trienais.
v O Conselho deverá elaborar relatórios anuais para serem aprovados nas Comissões de
mérito de ambas as Casas do Congresso.
vi No relatório anual a ser apreciado, estará prevista a dotação orçamentária para o próximo
ano fiscal.
vii Foi criada a figura de um Conselho Consultivo, com membros da sociedade civil
escolhidos pelo presidente da república.
viii Foi preestabelecido que deverão ser realizados dois estudos iniciais:
a) "Auto-montagem" molecular: verificar a viabilidade da "auto-montagem" molecular
para a manufatura de materiais e dispositivos em escala molecular.
b) Desenvolvimento Responsável da Nanotecnologia: verificar a necessidade de
estabelecer padrões, linhas de trabalho ou estratégias visando o desenvolvimento
responsável da nanotecnologia que deverá incluir:
(1) máquinas ou dispositivos "auto-copiáveis";
(2) condições de lançamento ao meio-ambiente dessas máquinas;
(3) encriptação (criptografia, ocultar, dados);
(4) desenvolvimento de tecnologias de defesa;
(5) o uso da nanotecnologia para o melhoramento da inteligência humana;
(6) uso da nanotecnologia para o desenvolvimento da inteligência artificial.

43. BIBLIOGRAFIA
http://www6.ufrgs.br/lacer/gmn/nanotubosbr.htm - acessado dia 26 de
Agosto de 2007;
http://www.em.pucrs.br/~eleani/Protegidos/4-%20propriedades%20mecanicas.ppt –
acessado dia 26 de Agosto de 2007;
Fortunato E.; As metas da nanotecnologia: Aplicações e Implicações, Centro de
Investigação de Materiais: Departamento de Ciência dos Materiais; Universidade
Nova de Lisboa – FCT. Janeiro 2005
The Royal Society & The Royal Academy of Engineering - Nanoscience and
nanotechnologies: opportunities and uncertainties. July 2004
Jinquan Wei,Hongwei Zhu, Dehai Wu, Bingqing Wei; Carbon nanotube filaments
in household light bulbs; Louisiana State University; applied physics letters volume
84, number 24; 25 May 2004.

44. BIBLIOGRAFIA
Valentin N. Popov; Carbon nanotubes: properties and application; Laboratoire
de Physique du Solide, A Review Journal, Materials Science and Engineering
R 43 (2004) 61–102, Faculte´s Universitaires Notre-Dame de la Paix, Belgium;
2003.