Nanociência e Nanotecnologia

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Nanociência e Nanotecnologia 
Rodrigo B. Capaz 
Instituto de Física 
Universidade Federal do Rio de Janeiro 
 
 
 
NANO: Onde a física, a química e a 
biologia se encontram. 
 
“There's Plenty of Room at the Bottom: 
An Invitation to Enter a New Field of 
Physics ” 
Caltech, 29/12/1959 
Nanotecnologia 
Manipulação, fabricação e uso de materiais em escala atômica 
e molecular 
Richard Feynman 
“Poderíamos escrever os 24 volumes da Enciclopédia 
Britânica na cabeça de um alfinete?” 
• Seria necessária uma resolução (tamanho de pixel) de 32x32 
~ 1000 átomos. 
• É possível? 
“Os princípios da Física, até onde eu possa ver, não proíbem a 
manipulação da matéria átomo por átomo” 
“Não temo considerar a questão definitiva: se 
poderemos finalmente – no grande futuro – arrumar 
os átomos da maneira que bem entendermos; sim os 
próprios átomos, o limite final!” 
Viagem até o NANO 
Continentes 
107 m 
Viagem até o NANO 
Costa Oeste - 
Califórnia 
106 m 
Viagem até o NANO 
São Francisco 
105 m 
Viagem até o NANO 
Cidade de São Francisco 
104 m 
Viagem até o NANO 
Parque Golden Gate 
103 m 
Viagem até o NANO 
Anfiteatro de música 
102 m 
Viagem até o NANO 
Plantas 
101 m 
Viagem até o NANO 
Flores 
100 m= 1m 
Viagem até o NANO 
Abelha 
10-1 m = 10 cm 
Viagem até o NANO 
Cabeça da abelha 
10-2 m = 1 cm 
Viagem até o NANO 
Detalhe do olho da abelha e pólen das plantas 
10-3 m = 1 mm 
Viagem até o NANO 
Detalhe do pólen 
10-4 m = 0.1 mm 
Viagem até o NANO 
Célula Branca - linfócito 
10-5 m = 0.01 mm 
Viagem até o NANO 
Membrana do núcleo de uma célula 
10-6 m = 1 µm 
Viagem até o NANO 
Estrutura enovelada do DNA 
10-7 m = 0.1 µm 
Viagem até o NANO 
Estrutura do DNA 
10-8 m = 0.01 µm 
Viagem até o NANO 
Molécula de DNA 
 
O NANOMETRO !!! 
 
Estrutura Atômica 
10-9 m = 1 nm 
“Como escrever nesta escala?” 
STM e AFM 
(scanning tunneling microscope e atomic force microscope) 
Visualização e manipulação de átomos 
MICROSCÓPIO DE 
TUNELAMENTO 
Efeito túnel: Atravessando barreiras 
P < 100 % 
100% - P 
P = 100 % 
Barreira 
STM 
Heinrich Rohrer (à esquerda) e Gerd K. Binnig (direita), cientistas do 
IBM's Zurich Research Laboratory, na Suíça, receberam 
o Prêmio Nobel de Física de 1986 por seu trabalho 
no desenvolvimento do microscópio de varredura por tunelamento. 
STM 
Visualizando átomos 
Superfície de Silício 
(Naval Research Lab, 
Wash DC, USA) 
Superfície de Níquel 
(IBM Research Labs, California) 
STM 
Visualizando elétrons! 
Currais quânticos 
Um mercado de 1 trilhão de dólares 
Lei de Moore 
O transistor 
Dispositivo original 
Transfer resistor - em Ge, 
anunciado por alto-falante 
com som amplificado 18 vezes. 
 
Bardeen, Shockley e Brattain, 
25/12/1947, Bell Labs, USA. Nobel – 1956 
Circuitos Integrados 
Nobel – 2000 
Todos os componentes 
do dispositivo encravados 
e interconectados em uma 
única placa de Si. 
O 1o chip – 5 componentes 
eletrônicos integrados. 
J. Kilby, verão de 1958 
Texas Instruments 
Revolução na Eletrônica 
1966: 
Protótipo da primeira 
calculadora de bolso; 
Texas Instruments. 
1971: Microprocessador 4004 
(108 kHz) ~ mil transistores 
2000: Pentium 4 
(1.5 GHz) 42 milhões de transistores 
Miniaturização dos chips 
qual é o limite? 
MOSFET 
(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) 
p 
n n 
Fonte Dreno Porta 
óxido 
contatos 
metálicos 
canal 
SiO
2 
10 Å 
“(…) computadores são 
grandes demais, ocupam 
uma sala inteira. Por que 
não podemos fazê-los 
pequenos, pequenos 
mesmo? Por exemplo, os 
fios poderiam ter 10 ou 100 
átomos de diâmetro.” 
“Quando descermos ao mundo muito, muito pequeno – digamos, 
circuitos com uns 7 átomos – acontecerão muitas coisas novas que 
representam oportunidades completamente inovadoras para a 
arquitetura [de circuitos]. Átomos não se comportam como coisas 
de tamanho grande pois seguem as leis da mecânica quântica. 
Poderemos usar não apenas circuitos, mas algum sistema com 
níveis quantizados de energia (…)” 
Eletrônica Molecular 
Aplicações da nanotecnologia na medicina: 
Uma viagem fantástica 
“Viagem Fantástica” (1966) 
Liberação Controlada de 
Medicamentos 
Destruição de 
Tumores 
Nanotecnologia na Natureza 
Nanotecnologia no Passado 
Taça de Licurgo 
Aço de Damasco 
Vitrais medievais 
Nanotecnologia no Presente 
Nanotecnologia no Futuro 
Nanotubos de Carbono 
Nanopartículas Magnéticas 
O Curso de Nanotecnologia da UFRJ 
 
Instituto de Física 
Escola Politécnica 
Instituto de Biofísica 
Instituto de Macromoléculas 
 
Origens do curso: Unidades da UFRJ com atuação 
em Nanotecnologia 
 
• IF, IBCCF, COPPE/Poli, IMA, IQ, EQ 
 
• Situação de destaque no Brasil e única no Rio de Janeiro 
 
• Grupos para “Introdução à Pesquisa” (70+ pesquisadores) 
Cursos de graduação em N&N em 2018 
http://en.wikipedia.org/wiki/Nanotechnology_education 
 
 
 
 
http://en.wikipedia.org/wiki/Nanotechnology_education
Objetivos norteadores do curso 
 
• Curso de 4 anos 
 
• Formação básica em Matemática, Física, Química e Biologia (2 
primeiros anos) 
 
• Especialização subsequente em uma das 3 Ênfases: Física, Materiais 
ou Bionanotecnologia 
 
• Equilíbrio entre formação ampla (multidisciplinar) e especializada 
 
 
Currículo 
• Núcleo comum: Matemática, Física, Química e Biologia. 
 
• 3 Ênfases: Física, Materiais e Bionanotecnologia, cerca de 40 créditos 
de disciplinas obrigatórias. 
 
•12 créditos em disciplinas complementares (eletivas) de escolha restrita, 
sendo pelo menos 4 créditos em cada uma das áreas diferentes de sua 
Ênfase, de modo a garantir a formação interdisciplinar. 
 
•12 créditos em disciplinas complementares de escolha livre. 
 
•4 requisitos curriculares complementares de Introdução à Pesquisa em 
Nanotecnologia (IPN) (total de 16 créditos): estágios rotativos nos 
laboratórios consorciados. 
 
• 50 vagas para 2019/1, sendo 30 no Fundão e 20 em Xerém 
 
• Nota de corte SISU 2018: 757 pontos 
 
Física 
Física I-A 
Física II-A 
Física III-A 
Física IV-A 
Física Experimental I 
Física Experimental II 
Física Experimental III 
Física Experimental IV 
Disciplinas – Núcleo Comum 
Química 
Química Geral I 
Química Geral II 
Química Geral Estrutural 
Química Experimental 
Química Orgânica I 
Química Orgânica II 
Introdução a Polímeros 
Síntese e Caract. de Polimeros Lab. 
Matemática 
Cálculo I 
Cálculo II 
Cálculo III 
Cálculo IV 
Álgebra Linear 
Programacao de Computadores 
Biologia 
Biologia Celular 
Grandes Temas da Biologia 
Bioenergetica e Metabolismo 
Bioquimica Macromoléculas 
Genética Molecular I 
Outras 
Gerencia Inovacao Base Tecnologica 
Estrutura dos Sólidos 
Introducao à Nanotecnologia 
Disciplinas – Ênfases 
Física 
Mecânica Clássica I 
Eletromagnetismo I 
Experim. Fís. Quântica 
Instr. Fís. Contemp. 
Mecânica Quântica I 
Term. e Física Estatística 
Mecânica Quântica II 
Fís. Matéria Condensada 
Lab. Mat. Condensada 
Fís. At. Molec. e Ótica 
Fís. Mat. Disp. Semicond. 
Materiais 
Process. de Materiais 
Cristalografia e Difração 
Transformações de Fases 
Prop. Físicas Materiais 
Materiais Compósitos 
Nanomateriais 
Físico-Química I 
Físico-Química II 
Caract. Microestr. Mat. 
Intr. Mat. Cerâmicos 
Eng. Microest. Cerâm. 
Prop. Mat. Poliméricos 
Bionanotecnologia 
Biofísica dos Sistemas 
Bioquímica II 
Genética Molecular II 
Fisiologia Celular 
Física Moderna I 
Físico-Quím. Biológica 
Bases Molec. Doenças 
Imunologia 
Mét. Exp. Fís. Biocien. 
Biol. Mol. Apl. Fisiol. 
Medicina Molecular 
Intr. Pesquisa Nanotecnologia: Física 
Intr. Pesquisa Nanotecnologia: Química 
Intr. Pesquisa Nanotecnologia: Materiais 
Intr. Pesquisa Nanotecnologia: Bionanotecnologia 
Introdução à Pesquisa em Nanotecnologia 
Egressos Ano Ênf Mini
CV 
Jayme Ferreira Varella Neto 2013.2 Fis Graduação em Engenharia Eletrônica (UFRJ) 
Lucas Muraro Sassi 2013.2 Fis Mestrado em Engenharia de Nanotecnologia (UFRJ-
2016.1), Professor Substituto da UFRJ-Xerém, 
Doutorando em Materials Science and Nano 
Engineering, Rice University 
Ricardo Nascimento Pombo do Amaral 2013.2 Mat Graduação em Engenharia de Materiais (UFRJ-
2016), Mestrando em Engenharia Química PUC, 
trabalha na NanoBusiness Informação e Inovação 
Ltda 
Debora de Lima Alves 2014.2 Mat Pesquisadora no IMA-UFRJ 
Marco Aurélio Galvani Cunha 2014.2 Fis Doutorando em Física na Johns Hopkins University 
Rafael Rodrigues Del Grande 2014.2 Fis Mestrado em Física (UFRJ-2017), Doutorando em 
Física (UFRJ) 
Raphael Mazzine Barbosa de Oliveira 2014.2 Bio Mestrando em Físico-Química - UNESP 
Raquel Couto de Azevedo Goncalves Mota 2014.2 Bio Mestrado em Ciência e Tecnologia de Polímeros 
(UFRJ 2017), Doutoranda em Ciência e Tecnologia 
de Polímeros (UFRJ) 
Yasmin Watanabe de Moura 2014.2 Mat Mestrado em Engenharia de Materiais (UFRJ-2017), 
Doutoranda em Engenharia de Nanotecnologia 
(UFRJ) 
Amanda Ventura Castilho 2014.2 Mat Mestrado em Engenharia de Nanotecnologia (UFRJ 
2017), Doutoranda em Engenharia de 
Nanotecnologia (UFRJ) 
Beatriz Rodrigues Canabarro 2015.1 Mat Mestranda em Engenharia de Materiais (UFRJ) 
Claudio Daniel Tenório de Barros 2015.1 Fis Mestrado em Física (UFRJ-2017), MBA em Eng de 
Computação e Sistemas / Doutorando em 
Modelagem Computacional LNCC 
Leticia Monteiro Gonçalves 2015.1 Mat Mestranda Engenharia Física McMaster University 
(Canadá) 
Paulo Eduardo de Almeida Vale Silva 
Sahium 
2015.1 Bio Mestrando em Física (UFRJ) 
Maira Rievrs Nogueira 2015.1 Mat Mestranda em Engenharia de Materiais UFRJ 
Luís Fernando Hill de Moura Abicair 2015.2 Bio Mestrando em Biofísica (UFRJ) 
Danilo Froes Batista 2015.2 Mat Mestrando em Fiśica (CBPF) 
Yuri Coutinho Vilarinho 2015.2 Bio 
Karen Louise Pesse Campana 2016.1 Mat Mestranda em Engenharia de Materiais 
Sustentáveis Ghent University (Bélgica) e trabalha 
na IBM Belgium - Luxembourg / Vai fazer estágio em 
Tóquio em Engenharia Elétrica e Robótica 
Maira Alves Rangel da Cruz 2016.1 Mat Sebrae / MBA em Gestão (PUC) 
Lizandra Viana Maurat da Rocha 2016.1 Mat Mestranda em Ciência e Tecnologia de Polímeros 
(UFRJ) 
Raissa Brandão Venturini de Freitas 2016.2 Mat 
Emanuelle Maciel Pinto 2016.2 Mat Mestrado Engenharia de Nanotecnologia (UFRJ) 
Dian Souza Garcia 2016.2 Bio Trabalha como pesquisador no projeto de Fármacos 
- UFRJ 
Vanessa Pavanelo Soares 2016.2 Mat Part Time Consultant na Visagio / Graduação em 
Engenharia de Materiais (UFRJ) / MBA100 - Escola 
de negócios digital criada por ex-alunos do MIT 
Felipe Lopes de Oliveira 2017.1 Bio Mestrando em Química (UFRJ) 
Pedro Veiga 2017.1 Fis Mestrando na U. Grenoble Alpes – Nanoscience & 
Nanotechnology 
Victor Hugo Gonçalves 2017.1 Mat Trabalha na empresa NanoBusiness Informação e 
Inovação Ltda / Engenharia de Produção (CEFET) 
Mais informações: 
 
www.nano.ufrj.br