Rede de grafeno, um dos nanomateriais mais estudados.
Quando pensamos em tecnologia, imaginamos dispositivos, máquinas, telas. Mas, você sabia que existe um ramo da ciência que trabalha em escalas tão pequenas que escapam completamente ao olho humano, e que ali mesmo estão surgindo alguns dos avanços mais promissores do século XXI?
A nanotecnologia se encarrega justamente disso: de manipular a matéria em escala nanométrica. Para colocar em perspectiva, um nanômetro (nm) equivale a uma bilionésima parte de um metro, ou seja, 1 nm = 0,000000001 m (1 × 10⁻⁹ m).
Para ter uma ideia de quão pequena é essa escala: um único cabelo humano mede entre 60.000 e 100.000 nanômetros de largura. Isso significa que uma nanopartícula pode ser centenas ou milhares de vezes menor do que a espessura de um cabelo.
Comparativa de tamanhos, desde objetos cotidianos até estruturas atômicas e moleculares. Fonte: http://www.gaiaciencia.com/2015/02/que-es-la-nanotecnologia/
Se procuramos uma definição mais detalhada:
“A nanotecnologia implica compreender o mundo do pequeno para inovar fazendo construções com átomos e moléculas com o propósito de dar resposta às crescentes necessidades socioeconômicas” - Prof. Dr. Luis Alberto D´Andrea.
E por que é tão interessante observar e manipular a matéria a essa escala? Porque as propriedades dos materiais na escala nanométrica diferem das que apresentam em nível macro ou convencional. Algumas das características que emergem na nanoescala incluem:
Efeitos quânticos: o comportamento dos elétrons e outras partículas não segue as regras da física clássica, mas sim entram em jogo a física quântica, afetando propriedades ópticas, eletrônicas e magnéticas.
Aumento da superfície específica: ao reduzir o tamanho das partículas, aumenta-se a superfície em relação ao volume, ou seja, a menor tamanho, maior relação superfície/volume, o que pode influenciar na reatividade, absorção ou condutividade.
Predomínio de forças diferentes: enquanto em grande escala a força da gravidade é a que domina, na nanoescala predominam as forças eletrostáticas e de van der Waals.
Modificação das propriedades ópticas: quando os materiais são reduzidos à escala nanométrica, sua forma de interagir com a luz pode mudar. No caso dos nanomateriais, isso pode fazer com que a cor que percebemos varie conforme o tamanho de suas partículas. Isso ocorre por fenômenos ópticos próprios dessa escala, que não se observam em materiais maiores.
Imagem: partículas de ouro coloidal obtidas por redução química (Alshammari et al., 2012).
Alteração nas propriedades mecânicas: certos materiais podem se tornar mais duros, mais elásticos ou até mesmo mais frágeis à medida que seu tamanho diminui. Isso dependerá de sua estrutura interna e como se conformam em nível atômico.
Esse conjunto de propriedades distintas nos abre um enorme leque de possibilidades. Podemos pensar, projetar e fabricar materiais com características sob medida, para aplicações que antes eram impensáveis.
Quando surgiu?
Em 1959 Richard Feynman em uma conferência mencionou a possibilidade de manipular átomos e moléculas, mas foi só em 1974, quando o cientista japonês Norio Taniguchi propôs o termo ‘nanotecnologia’.
Décadas depois o conceito começou a ganhar força com os avanços em microscopia e técnicas de fabricação. Hoje em dia, a nanotecnologia está longe de ser uma promessa futura: é uma realidade que já se aplica em múltiplas indústrias.
No entanto, o uso de estruturas em escala nanométrica precede o conceito moderno. Um exemplo notável é a Copa de Licurgo, uma peça de vidro romano do século IV que muda de cor conforme a luz incide, devido à presença de nanopartículas metálicas em sua composição.
A Copa de Licurgo sob iluminação frontal (esquerda) e transmitida (direita). Fonte: The Trustees of the British Museum / Art Resource, NY. Via Smithsonian Magazine (2013).
Pode-se observar que a copa exibe mudanças de cor quando exposta à luz em diferentes direções, isso se deve à presença de nanopartículas de prata e ouro.
Onde a encontramos?
Algumas áreas nas quais a nanotecnologia já está deixando sua marca:
Nanomedicina: desde sistemas de liberação controlada de fármacos até novos métodos de diagnóstico a nível molecular.
Eletrônica: dispositivos cada vez menores, eficientes e com maior capacidade de processamento.
Energia: painéis solares mais eficientes, baterias de carga rápida e materiais para armazenamento energético.
Têxteis: tecidos com propriedades antimicrobianas ou que repelem líquidos.
A nanotecnologia é uma convite a olhar o invisível e descobrir que ali também há um mundo a explorar. Porque quando entendemos como a matéria funciona a partir de sua escala mais íntima, podemos transformá-la e, com ela, transformar o mundo.
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