Apres - Nanotec e Novos Mat

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Nanotecnologia e Novos Materiais
Gestão Tecnológica - Seminário Tecnologias Emergentes
Ellen Rosa | Juliana Feix | Letícia Winck
A nanotecnologia é uma escala métrica. Todo mundo sabe o que é um 
metro, claro. Nesse caso, nós estamos falando sobre a bilionésima parte de 
um metro. É só escala. A nanotecnologia é a fabricação, construção nessa 
escala. Um nanômetro é igual uma bola de futebol comparada ao tamanho 
do planeta. Isso é nano.”
James Phillips
“
CONCEITOS
Nanotecnologia
- Tecnologia em escala nanométrica.
- 1 nanômetro equivale a um metro dividido em um 
bilhão de partes.
- Manipulação da matéria a nível atômico e molecular. 
- Prioriza o desenvolvimento de estruturas para novos 
materiais, sendo aplicados em diversas áreas. 
- Emergiu na década de 80 devido a avanços como a 
invenção do Microscópio de Varredura por 
Tunelamento (STM) em 1981 e a descoberta dos 
fulerenos em 1985.
CONCEITOS
Novos Materiais
- O termo começou a ser usado com maior frequência 
nos últimos trinta anos.
- Materiais recém descobertos ou desenvolvidos.
- Materiais já conhecidos, mas que são fabricados com 
maior qualidade e elevado desempenho funcional.
- Aplicações típicas contemplam artigos esportivos, 
equipamentos e componentes mecânicos industriais, 
novos tecidos com fibras ou fios especiais, as fibras 
óticas revolucionárias para o campo da informática, 
entre outros.
CONCEITOS
Nanomateriais
- Possibilitam avanços em aplicações para várias áreas, 
devido ao fato de possuírem enorme superfície 
específica (área/volume), permitindo o 
armazenamento de cargas e gases, grande rigidez 
mecânica e condução de calor.
- Para nanocompósitos, as dimensões aumentam a 
interação entre a partícula e o meio, melhorando em 
muito algumas propriedades em relação ao 
componente puro.
CONCEITOS
Nanotubos de Carbono
- Folhas de grafeno enroladas em forma de tubo, com 
diâmetro de aproximadamente um nanômetro. 
- São 100 mil vezes mais finos que um fio de cabelo.
- Podem apresentar propriedades metálicas ou 
semicondutoras mas, de modo geral, apresentam alta 
resistência mecânica, alta flexibilidade, características 
elétricas e térmicas
ESTRUTURAS
Grafeno Fulereno Nanotubo
Linha do Tempo
1959
Encontro Anual da Sociedade Americana de Física
Richard P. Feynman
(11.05.1918 - 15.02.1988)
Físico pioneiro na área de computação quântica.
- Palestra sobre o controle e manipulação da matéria em escala atômica. 
- Não existe qualquer obstáculo teórico à construção de pequenos 
dispositivos compostos por elementos muito pequenos, no limite 
atômico, nem mesmo o princípio da incerteza.
1950 1960 1980 20001970 1990
Linha do Tempo
1974
Uso do termo “Nanotecnologia”
Norio Taniguchi
(27.05.1912 - 15.11.1999)
Físico professor da Tokyo Science University.
- "Nanotecnologia consiste principalmente dos processos de separação, 
consolidação e deformação dos materiais por um átomo ou uma molécula"
- Processos de criação de semicondutores usando técnicas como feixe de 
íons focalizados, deposição de camadas atômicas, entre outros métodos.
1950 1960 1980 20001970 1990
Linha do Tempo
1986
Livro “Engines of creation: the coming era of nanotechnology”
K. Eric Drexler 
(25.04.1955 - )
Engenheiro e primeiro PhD em Nanotecnologia (em 1991) pelo MIT.
- Popularizou a nanotecnologia.
- Definiu as possibilidades com maior abrangência e detalhes em suas 
publicações.
1950 1960 1980 20001970 1990
Linha do Tempo
1991
Artigo “Helical microtubules of graphite carbon”
Sumio Iijima
(02.05.1939 - )
Físico pesquisador dos Nanotubos.
- Descreve moléculas de carbono cilíndricas e ocas com novas propriedades.
- Os nanotubos de carbono podem ser constituídos com parede única ou com 
paredes múltiplas, formados por vários cilindros que estão enrolados de 
maneira concêntrica. 
1950 1960 1980 20001970 1990
MANIPULAÇÃO 
DOS ÁTOMOS
- As propriedades em escala nanométrica são 
completamente diferentes das dos materiais 
macroscópicos.
- Ultrapassa o limite da física clássica: dualidade 
partícula-onda e seus efeitos quânticos.
- Grandes mudanças nas propriedades químicas, 
físicas e mecânicas em um material.
- Instrumentos que permitam a observação de átomos.
- Diversas técnicas de acordo com duas perspectivas 
diferentes.
MANIPULAÇÃO 
DOS ÁTOMOS
Bottom-up
- Construir as estruturas átomo a átomo (ou molécula 
por molécula). 
- Fabricar os “tijolos” da matéria de forma precisa, 
controlada e reprodutível. 
- Síntese Química, Auto-Organização e Organização 
Determinada.
- O crescimento de nanoestruturas pode ser feito via 
fase vapor, que é um dos mais empregados, ou a 
partir de moldes.
MANIPULAÇÃO 
DOS ÁTOMOS
Top-down
- A partir de um bloco sólido se obtém nanoestruturas, 
saindo do macro para chegar ao nano. 
- Método de Moagem (com imperfeições), Corrosão 
Seletiva através de técnicas de Litografia ou 
Engenharia de Precisão, é o caso do processo de 
fabricação de semicondutores.
- A miniaturização de dispositivos por esses processos 
é uma das alternativas na evolução dos materiais, 
porém apresenta dificuldades cada vez maiores para 
o sucesso da nanofabricação devido aos limites de 
precisão.
FABRICAÇÃO DE 
NANOTUBOS
- Pode ser obtido por métodos de deposição química de 
vapor (CVD)
- Vaporização do grafite com pulsos de laser de alta 
energia, usando átomos de níquel ou cobalto como 
catalisadores.
- Vaporização do grafite através de uma corrente 
elétrica, usando ferro ou níquel como catalisadores.
- Após ser vaporizado, o composto de carbono se 
condensa, fazendo com que surja uma grande 
quantidade de nanotubos.
RISCOS?
- Características interessantes para aplicação das 
nanopartículas podem ser indesejáveis quando essas 
são liberadas ao meio ambiente. 
- Fácil difusão e transporte na atmosfera, em águas e 
em solos, mas difícil remoção por técnicas usuais. 
- Possibilidade de entrada e acúmulo de nanopartículas 
em células vivas. 
- Ainda sabe-se muito pouco ou nada sobre a 
biodisponibilidade, biodegradabilidade e toxicidade de 
novos nanomateriais.
- Questões sobre nanopoluentes, efeitos potenciais na 
economia global e uso bélico.
- Preço do quilograma de nanotubos de carbono diminuiu 
muito na última década.
- Apesar disso, produção em larga escala ainda é inviável, 
tendo em vista os desafios na produção, purificação, 
dispersão e aplicação do material.
CICLO DE VIDA
Biomedicina
- Biosensores: detecção de contaminantes em produtos de 
origem animal (salmonella), sistema de entrega de 
fármacos, terapias fototérmicas (tratamento do câncer). 
Estudos realizados na medicina veterinária.
- Pele artificial (sensível ao toque).
- Músculos artificiais.
- Luva detectora de doenças (câncer de mama).
CICLO DE VIDA
Energias Renováveis
- Eletrodos de supercapacitores: dispositivos que podem 
armazenar e liberar energia elétrica em pequenos 
componentes, que são necessários para breves 
transmissões de dados a partir de dispositivos portáteis. 
Entretanto, estudo do MIT revelou que nanofios de nióbio 
são mais eficientes.
CICLO DE VIDA
Fabricação de Tecidos
- Produção de seda mais robusta que a tradicional, através 
da alimentação dos bichos-da-seda com nanotubos de 
carbono.
CICLO DE VIDA
Memória RAM
- Anunciado em agosto deste ano a produção de uma nova 
memória RAM (NRAM) que possui mil vezes o desempenho 
da DRAM, mas armazena dados como a memória NAND.
CICLO DE VIDA
- Alguns especialistas afirmam que a viabilização da 
produção em grande escala de nanotubos de carbono deve 
acontecer em no máximo quatro anos ou essa tecnologia 
será abandonada.
- A nanotecnologia vive um período de desenvolvimento 
nunca antes visto, e é aplicada em diversas áreas.
- Nobel de Química de 2016: design e síntese de máquinas 
moleculares (as menores do mundo, cerca de mil vezes 
menores que um fio de cabelo). Cientistas desenvolveram 
estudos em que criaram as primeiras estruturas sintéticas, 
que, com adição de energia, podem executar uma série de 
movimentoscontroláveis.
CICLO DE VIDA
CICLO DE VIDA
Brasil
- Conta com dois centros de pesquisas em NTC, o primeiro 
criado em 2009 na UFMG e outro inaugurado este ano na 
Mackenzie. 
- O foco dos dois centros é o estudo da incorporação dos 
nanotubos em materiais tradicionais.
- Em 2013, foi lançado o Sistema Nacional de Laboratórios 
em Nanotecnologias (Sisnano), que reúne laboratórios 
brasileiros direcionados ao desenvolvimento, educação e 
pesquisas em nanociências e nanotecnologias. 
- Em 2015, instituições ligadas ao Sisnano, como Unicamp, 
UFRGS, UFMG, USP e Furg, passaram a integrar o projeto 
europeu NanoReg, que fará a regulação internacional das 
pesquisas em nanotecnologia.
CICLO DE VIDA
Como impacta os negócios e atuação de empresas?
A nanotecnologia será a maior virada na história da ciência considerando 
que, por meio dessa escala, podemos fazer tudo melhor, construir algo 
melhor, fazer todas as máquinas operarem melhor, de forma mais 
eficiente, fazer novos tipos de equipamentos, novas codificações. 
A nanotecnologia vai provocar um efeito profundo tanto na área da saúde, 
bem como na produção de alimentos, na ciência material especial, quando 
fazemos qualquer coisa manufaturada podemos fazer melhor. Durante 
muito tempo, o padrão foi mícron, tamanho que é mil vezes maior do que 
a escala nano. A escala nano nos possibilita manipular a matéria 
literalmente.”
 James Phillips
“
Como impacta os negócios e atuação de empresas?
Se você tivesse que construir uma cadeira de couro na escala de metro, 
seria difícil prever toda a funcionalidade. Ao diminuir o tamanho na escala 
mícron, é possível fazer couro de um novo tipo de material, sem ter que 
matar uma vaca. Isso pode ser feito em menos tempo e vai parecer 
melhor e, inclusive, ser ambientalmente melhor. Você pode programar 
quanto tempo vai durar, quanto peso vai aguentar e assim por diante. 
Agora, ao passarmos para a escala nano aumentam as possibilidades de 
funcionalidade dessa cadeira. É possível até saber onde o assento 
normalmente esquenta mais e uma codificação para evitar que isso 
aconteça.”
 James Phillips
“
Nanotecnologia: Principais Usos Comerciais 
O mercado total de produtos que incorporam nanotecnologias foi de US$ 135 
bilhões em 2007 e cresceu rapidamente, com expectativa de atingir valores 
próximos a US$ 3,3 trilhões em 2018.
Dentre os vários setores “nano”, o setor químico é o que ocupa hoje a maior 
parcela desse mercado, seguido pelos semicondutores. Setores como o 
farmacêutico, automotivo, defesa e antimicrobianos representam menores 
parcelas do mercado global de nanotecnologia.
Nanotubos: Principais Usos Comerciais 
Nanotubos: Perspectivas Futuras
Nanotubos de carbono são a aposta russa para o meio ambiente
Uma nova tecnologia de fabricação de nanotubos de carbono, que aumenta a 
resistência de metais, borracha e outros elementos estruturais em 70%, 
promete diminuir o uso desses materiais na fabricação sobretudo de 
eletrônicos e ajudará a reduzir as emissões de dióxido de carbono na Rússia 
em 160 a 180 milhões de toneladas até 2030.
“Os nanotubos não criam apenas um efeito positivo indireto na eletrônica e 
indústria, levando à redução das emissões de CO2”, explica Albert Nassibulin, 
professor do Instituto de Ciência e Tecnologia de Skôlkovo e especialista na 
área dos nanomateriais. “É possível a conversão direta do CO2 em nanotubos 
de carbono”, acrescenta.
Nanotubos de carbono são a aposta russa para o meio ambiente
A expectativa é que os nanotubos, atualmente usados no revestimento de 
aeronaves, chips e displays finos, sejam também aplicados no futuro na 
produção de uma nova geração de painéis solares, assim como em 
dispositivos de armazenamento de energia.
“Basta adicionar pequenas quantias desse material para melhorar 
significativamente a resistência ao desgaste e a durabilidade de compósitos 
metálicos e poliméricos”, diz Nassibulin. Segundo ele, a adição de nanotubos 
em concentrações mínimas (menos de 1%) ao alumínio, por exemplo, permite 
obter um metal com a resistência do titânio.
Nanotubos: Perspectivas futuras
IBM viabiliza transistores de nanotubos de carbono 
A novidade são transistores de nanotubos de carbono, que resolverão os sérios 
problemas que estão surgindo com a proximidade dos limites físicos do silício nos 
componentes eletrônicos convencionais.
Nanotubos de carbono — minúsculos cilindros feitos de lâminas finas de carbono 
com espessura de poucos átomos enroladas — têm propriedades elétricas e 
térmicas muito atraentes e, teoricamente, poderiam formar a base de circuitos 
eletrônicos muito mais rápidos e mais energeticamente eficientes do que os atuais 
feitos de silício. Mas ainda há vários desafios de produção impedindo a fabricação 
de dispositivos comerciais baseados em transistores de nanotubos. Só que os 
pesquisadores da IBM disseram ter descoberto a forma de superar um deles: como 
combinar nanotubos com os contatos metálicos que fornecem corrente elétrica.
Nanotubos: Perspectivas Futuras
Nanotubos de carbono podem ser o futuro das aeroestruturas
Engenheiros aeroespaciais do MIT (Massachusetts Institute of Technology) 
descobriram uma maneira de aglutinar lâminas de compósitos para obter um 
material que é 30% mais forte e resistente a danos do que os demais já utilizados. A 
menor vulnerabilidade do material pode eliminar um dos grandes problemas atuais 
do setor: os já usados reduzem em até 20% o peso das aeronaves, mas quebram em 
impactos mais fracos, quando comparados ao descoberto.
Nanotecnologia no Brasil
E no Brasil?
Para o ano de 2018, o Brasil planeja alcançar 1% do mercado mundial, que 
significa a cifra de US$ 33 bilhões. Este resultado esperado é muito maior que 
os US$ 25 milhões alcançado em 2010.
Esse percentual parece pequeno, mas devido ao fato de que iniciamos tarde o 
nosso investimento no setor, estamos fazendo um forte trabalho, com cada vez 
mais empresas olhando para a nanotecnologia e alocando recurso de P&D 
nesta área.
Nanotecnologia no Brasil
As pesquisas que estão sendo desenvolvidas no país indicam que as 
oportunidades de negócio em nanotecnologia surgem primeiramente nos 
mercados de cosméticos, produtos provenientes da indústria química 
(catalisadores, tintas, revestimentos) e petroquímica, plásticos, borrachas e 
ligas metálicas, conforme as conclusões de estudo do Ministério da Ciência e 
Tecnologia. A funcionalidade antimicrobiana está inserida em muitas dessas 
áreas, representando um diferencial para tintas, revestimentos, plásticos e 
borrachas, entre outros.
Obrigada!
Referências
- Estudo Destaca Riscos da Nanotecnologia 
(http://exame.abril.com.br/tecnologia/estudo-destaca-riscos-potenciais-da-nanotecnologia/)
- Nanociência e Nanotecnologia: Manipulando a Matéria “Átomo a Átomo” 
(http://meuartigo.brasilescola.uol.com.br/fisica/nanociencia-nanotecnologia-manipulacao-materia-atomo-atomo.htm)
- Nanotecnologia e o Meio Ambiente: Perspectivas e Riscos 
(http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422004000600031)
- Novos Materiais: Realidade e Tendências de Desenvolvimento 
(https://ufscmateriais.files.wordpress.com/2010/06/novos-materiais-realidade-e-tendc3aancias-de-desenvolvimento.pdf)
- Os Riscos da Nanotecnologia 
(http://revistaepoca.globo.com/Revista/Epoca/0,,EDG78783-6010,00-OS+RISCOS+DA+NANOTECNOLOGIA.html)
- Produção de Nanotubos de Carbono em Larga Escala Ainda Está Distante 
(http://agencia.fapesp.br/producao_de_nanotubos_de_carbono_em_larga_escala_ainda_esta_distante_/18964/)
- Tecnologia dos Nanotubos de Carbono: Tendências e Perspectivas de uma Área Multidisciplinar 
(http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422004000600025&lng=en&nrm=iso)
Referências
- Nobel de Química Vai para Três Pesquisadores por Máquinas Celulares
(http://oglobo.globo.com/sociedade/ciencia/nobel-de-quimica-vai-para-tres-pesquisadores-por-maquinas-celulares-2023729)
- MackenzieInaugura Centro Dedicado a Material Usado em Nanotecnologia
(http://g1.globo.com/educacao/noticia/2016/03/mackenzie-inaugura-centro-dedicado-material-usado-em-nanotecnologia.htm)
- Nobel de Química Foi para Trio pela Criação de Máquinas Moleculares
(http://g1.globo.com/ciencia-e-saude/noticia/nobel-de-quimica-foi-para-trio-pela-criacao-de-maquinas-moleculares.ghtml)
- Luva Ultrassensível Pode Ajudar a Detectar Câncer de Mama
(http://g1.globo.com/bemestar/noticia/2016/01/luva-ultrassensivel-pode-ajudar-detectar-cancer-de-mama-diz-estudo.html)
- Fujitsu Inicia Produção de Memória que Possui Mil Vezes o Desempenho da DRAM
(http://idgnow.com.br/internet/2016/08/31/fujitsu-inicia-producao-de-memoria-que-possui-mil-vezes-o-desempenho-da-dram)
- Pesquisadores Brasileiros Criam Músculos Artificiais de Tubos de Carbono
(http://ultimosegundo.ig.com.br/ciencia/2012-11-15/pesquisadores-brasileiros-criam-musculos-artificiais-de-tubos-de-carbono.html)
http://oglobo.globo.com/sociedade/ciencia/nobel-de-quimica-vai-para-tres-pesquisadores-por-maquinas-celulares-20237295
http://g1.globo.com/educacao/noticia/2016/03/mackenzie-inaugura-centro-dedicado-material-usado-em-nanotecnologia.html
http://g1.globo.com/ciencia-e-saude/noticia/nobel-de-quimica-foi-para-trio-pela-criacao-de-maquinas-moleculares.ghtml
http://g1.globo.com/bemestar/noticia/2016/01/luva-ultrassensivel-pode-ajudar-detectar-cancer-de-mama-diz-estudo.html
http://idgnow.com.br/internet/2016/08/31/fujitsu-inicia-producao-de-memoria-que-possui-mil-vezes-o-desempenho-da-dram/
http://ultimosegundo.ig.com.br/ciencia/2012-11-15/pesquisadores-brasileiros-criam-musculos-artificiais-de-tubos-de-carbono.html
Referências
- Pele Artificial Sensível a Toques
(https://tecnoblog.net/186572/pele-artificial-toques-pressao/)
- Produção de Nanotubos de Carbono em Larga Escala Está Longe
(http://exame.abril.com.br/ciencia/producao-de-nanotubos-de-carbono-em-larga-escala-esta-longe/)
- Os Wearables são a Evolução da Tecnologia Móvel
https://canaltech.com.br/coluna/mobile/os-wearables-sao-a-evolucao-da-tecnologia-movel/)
- Por quê os Cientistas Precisam Acelerar a Pesquisa em Nanotubos de Carbono
(http://idgnow.com.br/mobilidade/2015/11/10/por-que-cientistas-precisam-acelerar-a-pesquisa-em-nanotubos-de-carbono/)
- Transistores de 1 Nanômetro são Reais
(https://canaltech.com.br/noticia/processador/e-oficial-transistores-de-1-nanometro-sao-reais-81829/)
- Bichos-da-seda se Alimentam com Grafeno e Produzem Super Seda
(http://kids.pplware.sapo.pt/kids/bichos-da-seda-alimentam-se-com-grafeno-e-produzem-super-seda/)
- MIT Descobre que nanofio de nióbio é Melhor do que Grafeno para Supercapacitores
(http://exame.abril.com.br/tecnologia/mit-1/)
https://tecnoblog.net/186572/pele-artificial-toques-pressao/
http://exame.abril.com.br/ciencia/producao-de-nanotubos-de-carbono-em-larga-escala-esta-longe/
https://canaltech.com.br/coluna/mobile/os-wearables-sao-a-evolucao-da-tecnologia-movel/
https://canaltech.com.br/coluna/mobile/os-wearables-sao-a-evolucao-da-tecnologia-movel/
http://idgnow.com.br/mobilidade/2015/11/10/por-que-cientistas-precisam-acelerar-a-pesquisa-em-nanotubos-de-carbono/
https://canaltech.com.br/noticia/processador/e-oficial-transistores-de-1-nanometro-sao-reais-81829/
http://kids.pplware.sapo.pt/kids/bichos-da-seda-alimentam-se-com-grafeno-e-produzem-super-seda/
http://exame.abril.com.br/tecnologia/mit-1/
Referências
- Especialista Explica Por Que a Nanotecnologia Será a Responsável Pela Maior Revolução na Indústria e na Vida das Pessoas 
(http://www.portaldaindustria.com.br/cni/imprensa/2015/05/1,62200/especialista-explica-por-que-a-nanotecnologia-sera-a-responsa
vel-pela-maior-revolucao-na-industria-e-na-vida-das-pessoas.html)
- Os Avanços da Nanotecnologia no Brasil
(http://tnsolution.com.br/2015/11/25/os-avancos-da-nanotecnologia-no-brasil/)
- Nanotubos de Carbono São Aposta Russa para Meio Ambiente
(http://gazetarussa.com.br/ciencia/2016/01/12/7-de-janeiro-nanotubos_553993)
- IBM Viabiliza Transitores de Natotubos de Carbono 
(http://oglobo.globo.com/sociedade/tecnologia/ibm-viabiliza-transistores-de-nanotubos-de-carbono-17669706)
- Nanotubos de Carbono Podem Ser o Futuro das Aeroestruturas 
(http://aeromagazine.uol.com.br/artigo/nanotubos-carbono-podem-ser-futuro-das-aeroestruturas_2768.html) 
- Por Que Cientistas Precisam Acelerar a Pesquisa em Nanotubos de Carbono 
(http://idgnow.com.br/mobilidade/2015/11/10/por-que-cientistas-precisam-acelerar-a-pesquisa-em-nanotubos-de-carbono/)
- Os Avanços da Nanotecnologia no Brasil 
(http://tnsolution.com.br/2015/11/25/os-avancos-da-nanotecnologia-no-brasil/)
- Nanotecnologia Ganha Espaço nas Micro e Pequenas Empresas Brasileiras 
(http://agenciabrasil.ebc.com.br/geral/noticia/2015-06/nanotecnologia-ganha-espaco-nas-micro-e-pequenas-empresas-braileira)