MICROSCOPIAS APLICADAS À NANOTECNOLOGIA

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MICROSCOPIAS APLICADAS À NANOTECNOLOGIA
 
Cícero Quintão Celestino
Daniel Gomes Miranda
Flaviane Moura Fernandes
Gabriela de Almeida Brito
Juliana Santos de Sá Rodrigues
Yasmine Caldeira Brant Cota
 
Professor: Marcelo Machado Viana
Departamento de Engenharia Química
 Figura x: Primeiro Microscópio
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Microscópio: aumentar imagens pequenas e assim ter um estudo mais preciso
O primeiro microscópio foi criado em 1591 por Hans Janssen e seu filho Zacarias.
Antonie Van Leeuwenhoekl foi a primeira pessoa a utilizar o microscópio para finalidades científicas. 
(Lay-Ang, 2013)
O desenvolvimento do microscópio possibilitou o estudo de estruturas cada vez menores, chegando hoje a atingir grandezas nanométricas.
(Mansur, 2013)
Introdução
Richard Feynman: Físico, primeira pessoa se falar em nanotecnologia.
Desejo de manipular diretamente os átomos e a partir deles construir novos materiais que não ocorrem naturalmente. 
(Mansur, 2013)
Defendia a hipótese de que não existe qualquer obstáculo teórico à construção de pequenos dispositivos compostos por elementos muito pequenos, no limite atômico.
(Portal Educação, 2013). 
Introdução
"Os princípios da física, pelo que eu posso perceber, não falam contra a possibilidade de manipular as coisas átomo por átomo. Não seria uma violação da lei; é algo que, teoricamente, pode ser feito, mas que na prática, nunca foi levado a cabo porque somos grandes de mais" – (Richard Feynman,1959)
Introdução
Figura 1 – Richard Feynman
Nanotecnologia
Estender a capacidade humana de manipular a matéria até os limites do átomo, surgindo para possibilitar a construção e/ou manipulação de materiais à escala molecular, com dimensões na ordem nanométrica (10-9 metros).
Técnicas já aplicadas à engenharia, biologia, medicina, computação.
(Duarte e Araújo, 2009)
Para estudar medidas nanométricas seria necessário um microscópio que captasse tais dimensões.
Microscópio de varredura de tunelamento, inventado por Rohrer e Gerd Binnig, possibilitou o estudo de nanomateriais.
(Silva, 2012)
Figura 2 - Microscópio de varredura de tunelamento
Microscopia de escaneamento por ponteira (SPM):
Microscopias Eletrônicas:
Microscopia de força atômica e suas variações
Microscopia Eletrônica de Transmissão:
Microscopia de tunelamento
Microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução
Microscopia por emissão balística de elétrons
Microscopia eletrônica de transmissão por filtração de energia
Microscopia de tunelamento por escaneamento eletro-químico
Microscopia eletrônica de varredura por transmissão
Microscopia de força por Kelvin probe
Microscópia eletrônica de transmissão de aberração corrigida
Escaneamento orientado por característica
Microscopia Eletrônica de Varredura
Microscopia de força por ressonância magnética
 
Microscopia de campo perto
 
Microscopias capazes de captar dimensões nanométricas:
Introdução
Microscópio Eletrônico de Transmissão 
 Ruska - 1986.
 5 ou 6 lentes magnéticas, várias bobinas eletromagnéticas de deflexão e aberturas localizadas ao longo do caminho do feixe eletrônico. 
[PADILA, 2014] 
 		
 
Figura 3: Primeiro MET
 Figura X:Primeiro MET
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Figura 4 : Microscópio eletrônico de transmissão FEI de200kV,modeloTecnai20.
 [PADILA, 2014]
.
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Figura 5 - Sinais gerados pela interação de feixe de elétrons de alta energia com a amostra
(NETO,2013)
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Aplicações na Nanotecnologia 
[PADILA, 2014] 
 Figura 6 - Nanotubo de Oxido de Vanádio
Figura 7 - Imagens de MET: (A) TiO2 (B) (5%) TiO2 e (C) (30%) TiO2
Ao,
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[PADILA, 2014] 
Figura 8 - Nanoestrutura de ZnO
 Figura 9 - Nanocristais 
Microscópio Eletrônico de Varredura 
-Apareceram no mercado pela primeira vez em 1965.
O aparelho pode fornecer rapidamente informações sobre morfologia e identificação de elementos químicos de uma amostra sólida. 
Sua utilização é comum em biologia, farmácia, engenharia, química, metalurgia, física, medicina e geologia.
(GALLETI,2003)
 Figura X:Primeiro MET
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Figura 11 - Microscópio eletrônico de varredura.
(GALLETI,2003)
Figura 12 - Desenho esquemático para comparação entre microscópio óptico e microscópio eletrônico de varredura
Matsui,S. 2007
Figura 13 - Detalhe da coluna óptico eletrônica do MEV
Matsui,S. 2007
(Neto, 2013)
microscópio eletrônico de 
transmissão X varredura 
MET
MEV
permite a análise de defeitos e fases internas dos materiais.Ex: discordâncias
profundidade de foco.
defeitos de empilhamento e pequenas partículas de segunda fase.
permite a análise com grandes aumentos de superfícies irregulares .Ex Fraturas
(PADILA, 2014)
Figura 10 : Diferenças básicas entre os microscópios eletrônicos de transmissão e varredura. 
Interações dos elétrons com a amostra.
(PADILA, 2014)
Microscópio de força atômica
Figura 14 – Microscópio de força atômica
(Inpe,2007)
Inventado em 1986.
Criadores: Gern Binning, Alvin F. Quate e Christopher Gerber.
Criado com o intuito de superar a limitação do microscópio de varredura.
(Santolin, 2009)
Microscópio de força atômica
Equipamento:
Cantiléver				
Ponta delgada
Elemento piezelétrico
Laser
(Santolin, 2009)
Espelho
Fotodetector
Computador
Figura 15 - Esquema de um microscópio de força atômica
(Santolin, 2009)
Funcionamento:
O princípio de funcionamento se baseia na interação entre a ponta da superfície e a amostra.
Forças de interação se baseiam nas forças do tipo Van der Waals.
Imagem é obtida pela pequena deflexão do cantiléver usando o método óptico.
3 modos de operação : contato, não-contato e semicontato.
(Santolin, 2009)
Vantagens:
Imagem tridimensional.
Fornece também a imagem de materiais isolantes.
Necéssario pequena quantidade da amostra sem preparação prévia.
Possibilidade de análise em qualquer ambiente.
(Giessibl, 2003) 
Desvantagens:
Vibrações sonoras ou mecânicas podem prejudicar a medição.
Velocidade limitada.
Presença de contaminantes pode gerar uma imagem irreal.
Diferentes pontas delgadas podem gerar diferentes imagens.
(Giessibl, 2003) 
CONCLUSÃO
A possibilidade de visualizar estruturas muito pequenas, a nível molecular
Possibilidade de criar novos produtos que não são naturalmente produzidos 
MET: diversas aplicações (polímeros, cerâmicas, catalisadores, petroquímica, coloides, gesso, cimento, nanotecnologia, etc )
MEV: informações sobre morfologia e identificação de elementos químicos de uma amostra sólida. 
Imagem resultada é de alta resolução. 
CONCLUSÃO
AFM: suprir a limitação existente no microscópio de varredura; imagem em duas ou três dimensões 
Análise de materias condutores e não condutores 
Contaminação do material produzindo imagens irreais 
Miscroscopia tem sido aprimorada também para que ela possa ser cada vez mais empregada 
Novas descobertas de nanomaterias ou até mesmo da produção de novos outros, favorecendo sempre o avanço da ciência e da tecnologia. 
Referências Bibliográficas 
FERREIRA, Departamento de Bioquímica e Tecnologia Química, Instituto de Química, Universidade Estadual Paulista , 2006
Giessibl, Franz J. (2003). "Advances in atomic force microscopy". Reviews of Modern Physics 75: 949. doi:10.1103/RevModPhys.75.949
GALLETI,A.S; Introdução a microscopia eletrônica, Centro de Pesquisa e desenvolvimento de Sanidade Vegetal,2003.
MATSUI,S.;Nanoestruture Fabrication using eletron beam and its application to nanometer devices, Proceedings of the IEE,2007.
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http://pt.wikipedia.org/wiki/Microscopia_de_força_atômica
NETO,R.C.A; Nanotecnologia, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2013. 
SANTOLIN, Marcus
Antonio, M. Sc., Universidade Federal de Viçosa, fevereiro de 2009. 
PADILHA,F.A; Microscopia Eletrônica de Transmissão Departamento de Engenharia Metalúrgica de Materiais EPUSP, 2014
PINTO , L.A; Aplicações da Microscopia Eletrônica de Transmissão á Nanotecnologia Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas CBPF,2010.
Referências Bibliográficas