Introdução à Nanotecnologia

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Introdução à 
Nanotecnologia
ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio
Ele 1060
Aula 1
2010 - 01
Introdução à 
Nanotecnologia
ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio
Ele 1060
2010 - 01
Professores:
• Marco Aurélio C. Pacheco
• Omar Paranaiba Vilela Neto
Nanotecnologia
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Pioneiro / Privilégio
• Pioneiro:
– O primeiro a realizar algo.
• Privilégio
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• Privilégio
– Bens a que só uma minoria tem acesso.
Vocês são:
Pioneiros e Privilegiados
Contatos
• E-mail: 
– omar@ele.puc-rio.br
– nano@ele.puc-rio.br
– Dúvidas, comentários e informações.
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– Dúvidas, comentários e informações.
• Twitter: http://twitter.com/Nano_PUCRio
– Comentários, notícias, dicas, informações, 
etc.
Motivação
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Tamanho é documento!
Motivação
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ENIAC – O primeiro computador
• 1946;
• 18 mil válvulas;
• 30 toneladas;
Motivação
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• 30 toneladas;
• 500 multiplicações / s;
• BUG.
“O mundo só terá mercado para 5 computadores” Thomas Watson
Transistor
Motivação
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Válvula Primeiro Transistor Pentium IV
Computadores Atuais
Motivação
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Milhões de transistores
Sistemas Biológicos
Motivação
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Milhões de anos
O que é Nano?
Apenas uma dimensão !
"Nano" é um prefixo que vem do grego antigo e 
significa "anão”
Motivação
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significa "anão”
1 nanometro (nm) = 1 bilionésimo do metro, 10-9m
O que é Nano?
Nanotecnologia >> O que é Nano? Dimensão
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O que é Nano?
Dimensão
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O que é Nano?
• Nanociência: estudo dos fenômenos e da 
manipulação dos materiais na escala atômica, 
molecular e macromolecular, onde propriedades 
são diferentes dos de grande escala.
Definição
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• Nanotecnologia: projeto, caracterização, produção e 
aplicação de estruturas, equipamentos e sistemas através do 
controle da forma e do tamanho em escala nanométrica.
Engenharia
Por que a Nanoescala é tão importante?
� Efeitos Quânticos: Síntese em nanoescala permite mudar propriedades 
micro e macro dos materiais sem mudar composições químicas. Ex: nanotubos
� Organização Sistêmica: Materiais podem ser organizados sistematicamente, 
tais como entidades biológicas e materiais naturais: uma poderosa possibilidade 
de combinação . 
Definição
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de combinação de biologia com ciência de materiais. Ex: pontos quânticos
� Área de Superfície: Componentes na nanoescala possuem área de superfície 
muito maior com relação ao volume; ideal para uso em materiais compósitos, 
sistemas reatores, medicamentos e armazenamento de energia. Ex: nanocatalizador
� Alta Densidade: Sistemas macroscópicos construídos a partir de nanoestruturas 
podem ter muito maior densidade espacial que aqueles construídos a partir de 
microestruturas.
O que podemos esperar?
• A Nanotecnologia é uma tecnologia disruptiva
– Provoca mudanças na indústria, eliminando empresas 
que são incapazes de reinventar-se a tempo. 
• A Nanotecnologia pode mudar a natureza de quase tudo
Definição
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• A Nanotecnologia pode mudar a natureza de quase tudo
o que foi feito pelo ser humano até agora. 
• Tem maior influência que a energia nuclear, os 
polímeros, a microeletrônica e os computadores. 
• O impacto social causado pela Nanotecnologia pode ser 
tão forte (ou maior) quanto o da primeira revolução 
industrial.
"I want people who are very deep in their 
discipline and can talk to each 
other." Stan Williams, Director, Quantum 
Science Research, Hewlett Packard 
Definição
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Definição
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AQUI ESTAMOS!!!!!
Nano não é novo
Natureza
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Nano não é novo
Antigo
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Onde tudo começou
Histórico
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Onde Tudo Começou
Dezembro de 1959
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Jantar AnfitriãoHuntington-Sheraton Hotel - Pasadena
Jantar de fim de ano
Onde Tudo Começou
O Convidado
Richard P. Feynman
(1918 - 1988)
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(1918 - 1988)
Onde Tudo Começou
A Palestra
“Há muito espaço lá embaixo”
http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.html
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Onde Tudo Começou
A Palestra
“The head of a pin is a sixteenth of an inch across. If you 
magnify it by 25,000 diameters, the area of the head of 
the pin is then equal to the area of all the pages of the 
Encyclopaedia Brittanica. Therefore, all it is necessary to do 
is to reduce in size all the writing in the Encyclopaedia by 
25,000 times. Is that possible? The resolving power of the eye 
is about 1/120 of an inch---that is roughly the diameter of one 
of the little dots on the fine half-tone reproductions in the 
Encyclopaedia. This, when you demagnify it by 25,000 times, 
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Encyclopaedia. This, when you demagnify it by 25,000 times, 
is still 80 angstroms in diameter---32 atoms across, in an 
ordinary metal. In other words, one of those dots still would 
contain in its area 1,000 atoms. So, each dot can easily be 
adjusted in size as required by the photoengraving, and there 
is no question that there is enough room on the head of a 
pin to put all of the Encyclopaedia Brittanica”.
Onde Tudo Começou
A Palestra
Feynman propôs o uso de um 
equipamento de miniaturização 
em seqüência
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em seqüência
Onde Tudo Começou
A Palestra
Linha de produção em 
nanoescala!
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Onde Tudo Começou
Os desafios
1 – U$ 1.000,00 
“Then I want to do something; but I can't do it at the 
present moment, because I haven't prepared the 
ground. It is my intention to offer a prize of 
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ground. It is my intention to offer a prize of 
$1,000 to the first guy who can take the 
information on the page of a book and put it on 
an area 1/25,000 smaller in linear scale in such 
manner that it can be read by an electron 
microscope.”
Onde Tudo Começou
Os desafios
2 – U$ 1.000,00 
“And I want to offer another prize---if I can figure out 
how to phrase it so that I don't get into a mess of 
arguments about definitions---of another $1,000 
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arguments about definitions---of another $1,000 
to the first guy who makes an operating 
electric motor---a rotating electric motor which 
can be controlled from the outside and, not 
counting the lead-in wires, is only 1/64 inch 
cube.”
Onde Tudo Começou
Os desafios
2 – U$ 1.000,00 
William McLellam construiu o motor em 1960.
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William McLellam construiu o motor em 1960.
Motor elétrico comum miniaturizado
Onde Tudo Começou
Os desafios
2 – U$ 1.000,00 
William McLellam construiu o motor em 1960.
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“Você poderia dizer que Feynman foi roubado. Ele 
perdeu mil dólares e não ganhou uma nova 
tecnologia.”
William McLellam construiu o motor em 1960.
Motor elétrico comum miniaturizado
Onde Tudo Começou
Os desafios
1 – U$ 1.000,00 
Tom Newman, um estudante da Standford
University, escreveu a primeira página do livro “A 
Tale of two cities” na escala 1/25000 em 1985. 
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Tale of two cities” na escala 1/25000 em 1985. 
Onde Tudo Começou
Os desafios
1 – U$ 1.000,00 
Tom Newman, um estudante da Standford 
University, escreveu a primeira página do livro “A 
Tale of two cities” na escala 1/25000 em 1985. 
26 anos após a palestra de Feynman.
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Tale of two cities” na escala 1/25000 em 1985. 
26 anos após a palestra de Feynman.
Onde Tudo Começou
Arthur von Hippel
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“Teve idéias semelhante na 
década de 30”
O Sr. Nano Vai a Washington
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O Sr. Nano Vai a Washington
Depoimento do Dr. K. Eric Drexler sobre a Nanonotecnologia Molecular
perante o Comite do Senado para o Comércio, Ciência e Transporte, 
Subcomitê para a Ciência, Tecnologia e Espaço.
Realizado em 26 de junho de 1992
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K. Erik Drexler
Russell Senate Office Building
Al Gore
O Sr. Nano Vai a Washington
Diálogo entre Drexler e Gore
Realizado em 26 de junho de 1992
Senador Gore: Quanto tempo é necessário para que esta coisa se realize?
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Dr. Drexler: Geralmente respondo que não seria surpresa se em quinze anos
atingíssemos aplicações importantes, de larga escala.
20072007
O Sr. Nano Vai a Washington
Reação de Especialistas
Realizado em 26 de junho de 1992
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Cobrimos fatos que realmente acontece - Times
Não acho que ele deva ser lavado a sério. É demasiadamente excêntrico – Calvin 
Quate (Standford)
É mais ficção científica que ciência – Thomas J. Watson (IBM)
O Sr. Nano Vai a Washington
Após o senado
Antigo Executive Office Building
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Após o senado
Meses depois Pentagono
O Sr. Nano Vai a Washington
Qual o impacto de tudo isso?
Bill Clinton
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NNI – U$497 Milhões em 2001
O Sr. Nano Vai a Washington
Qual o impacto de tudo isso?
Bill Clinton
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NNI – U$497 Milhões em 2001
Bill Clinton
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Erik Drexler em visita à PUC-Rio 
As Imaginações de Drexler
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As imaginações de Drexler
Novembro de 1979
Drexler leu uma reportagem sobre a 
palestra de Feynman em 1959.
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Edição especial sobre 
nanociência. Campo 
emergente chamado 
“microtenologia”
As imaginações de Drexler
Novembro de 1979
Drexler leu uma reportagem sobre a 
palestra de Feynman em 1959.
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Edição especial sobre 
nanociência. Campo 
emergente chamado 
“microtenologia”
Era o pensamento de Drexler
As imaginações de Drexler
Década de 70
O que pode ser feito se juntarmos grama, 
ar, água e a luz do sol?
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As imaginações de Drexler
Década de 70
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As imaginações de Drexler
Década de 70
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As imaginações de Drexler
Década de 70
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As imaginações de Drexler
Drexler imaginou uma caixa-preta “faz 
tudo”. Um montador universal.
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As imaginações de Drexler
Drexler imaginou uma caixa-preta “faz 
tudo”. Um montador universal.
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Qual seria o impacto de tal evento?
Diversos produtos no mercado
Aplicações
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Nenhum revolucionário ainda
Aplicações de Nanomateriais
Aplicações
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Aplicações de Nanomateriais
Aplicações
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Aplicações de Nanomateriais
Aplicações
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Ex: LED Orgânico (OLED)
Nanoeletrônica - Eletrônica Molecular
Aplicações
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Um OLED é um dispositivo fabricado posicionando uma série de filmes
finos orgânicos entre dois eletrodos. Quando aplicamos uma corrente
elétrica, temos a emissão de uma luz brilhante.
Aplicado em iluminação pública e equipamentos portáteis.
Porque Engenharia em Nanotecnologia
• Engenharia é a disciplina e profissão de aplicar
conhecimento técnico e científico e utilizar leis naturais e
recursos físicos para conceber e implementar materiais,
estruturas, máquinas, instrumentos, sistemas e
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estruturas, máquinas, instrumentos, sistemas e
processos que realizem de forma segura um objetivo
desejado e atinjam critérios especificados.
• Engenharia em Nanotecnoligia é uma nova disciplina e
profissão que visa aplicar o conhecimento técnico e
científico para conceber e implementar materiais,
estruturas, máquinas, instrumentos, sistemas e
processos com novas propriedades e funcionalidade.
Porque Engenharia em Nanotecnologia
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processos com novas propriedades e funcionalidade.
Isso é feito através da montagem, manipulação e
controle da forma e tamanho dos materiais em escala
atômica e molecular.
• Engenharia em Nanotecnologia deve ser multidisciplinar:
simultaneamente esboçada a partir de, e em benefício de
áreas como a ciência de materiais e engenharia, física,
química, biologia, etc.
• Engenharia em Nanotecnologia deve oferecer educação
Porque Engenharia em Nanotecnologia
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• Engenharia em Nanotecnologia deve oferecer educação
prática em áreas chave da nanotecnologia.
• Deve ser enfatizado o treinamento com modernas
técnicas de instrumentação usadas em pesquisa e
desenvolvimento dessas tecnologias emergentes.
• Sofisticados instrumentos necessários, devem ser
elaborados por físicos, engenheiros, biologistas, etc.
• Barreiras sociológicas no âmbito da equipe são
enormes.
• Um programa multidisciplinar é essencial para reduzir
Engenharia em Nanotecnologia
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• Um programa multidisciplinar é essencial para reduzir
essas barreiras.
• Engenheiros e estudantes reduzirão significativamente
essas barreiras, a partir de uma base sólida em diferentes
ciências .
• Promove um rápido avanço na produção de ferramentas
para o desenvolvimento tecnológico.
Engenharia em NanotecnologiaNanotecnologia é Engenharia
Gerar novas soluções 
baseadas em manipulações 
em escala atômica e 
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em escala atômica e 
molecular.
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SENSORES DE ALTA EFICIÊNCIA
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Sensores de infravermelho baseados em
nanoestruturas semicondutoras para 
detecção de falhas e acompanhamento
de sistemas de engenharia. 
Departamentos associados:
Física, DEE, CETUC
CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS
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Nanocompósitos com maior barreira à gás e
filtro ultra-violeta para embalagens de produtos
alimentícios.
Departamentos associados:
Física, DCMM
TRATAMENTO D’ÁGUA
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Utilização de catalisadores para
filtragem e tratamento d’água.
Departamentos associados:
Química, Física
MONITORES DE OLED
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Monitores com LEDs orgânicos capazes
de gerar uma maior luminescência com
menor consumo. Displays flexíveis.
Departamentos associados:
Física, CETUC, DEE
CÉLULAS SOLARES
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Departamentos associados:
Física, CETUC, DEE
Nanoestruturas semicondutoras para elevar
a eficiência de células solares a índices
jamais atingidos.
Distribuição das Aulas
Apresentação
Conceitos
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Ferramentas
Estruturas
Aplicações
Distribuição das Aulas
Apresentação
Conceitos
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Conceitos
Ferramentas
Estruturas
Aplicações
Avaliação
• 2 provas conceituais
– Quiz
• 1 seminário
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• 1 seminário
• Pequenos trabalhos
• Participação
– Experiências, demonstrações, visitas, etc.