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INTRODUÇÃO À 
NANOTECNOLOGIA
2007.1
Nano é um prefixo que vem do grego antigo e significa 
anão
1 nanometro (nm) = 1 bilionésimo do metro, 10-9m
Objetivo da Nanotecnologia: 
Criar, produzir, caracterizar e aplicar estruturas, 
dispositivos e sistemas, controlando forma e tamanho na 
escala nanométrica.
Crescente capacidade da tecnologia moderna de ver e 
manipular átomos e moléculas permite o 
desenvolvimento da nanotecnologia. 
10 Yotametros (1025 metros)
Pontos de luz representam 
as galáxias mais brilhantes 
em aglomerados de 
galáxias.
Viagem pelo UniversoViagem pelo Universo
1 Yotametro (1024 metros)
Algumas galáxias individuais 
e vários aglomerados de 
galáxias.
No centro da imagem está o 
aglomerado de Virgem, onde 
fica a ainda invisível Via 
Láctea.
100 Zettametros (1023
metros)
Um trecho do aglomerado de 
Virgem. No centro da 
imagem pode-se ver a 
galáxia de Andrômeda que 
fica a 2 milhões de anos luz 
da Via Láctea (estimativa).
10 Zettametros (1022 metros)
A Via Láctea. As duas 
pequenas galáxias vizinhas 
são as Nuvens de 
Magalhães.
1 Zettametro (1021 metros)
Detalhes da Via-Láctea
100 Exametros (1020 metros)
O Braço de Órion, localizado 
entre o braço de Sagitário e 
de Perseu. Neste braço da 
espiral está localizado o 
Sistema Solar.
10 Exametros (1019 metros)
Detalhe do Braço de Órion. 
A maior parte das estrelas 
visíveis a olho nu estão 
localizadas nesta área.
1 Exametro (1018 metros)
Estamos a 200 anos-luz do 
Sol. As estrelas mais 
brilhantes nesta imagem 
estão localizadas a um raio 
de 50 anos-luz do Sol.
100 Petametros (1017
metros)
Estamos a 20 anos-luz do 
Sol, o objeto mais brilhante 
no centro da imagem.
10 Petametros (1016 metros)
Esta região é conhecida 
como Nuvem de Oort. Aqui é 
o limite da influência 
gravitacional do Sol.
1 Petametro (1015 metros)
Ainda na região da Nuvem 
de Oort. Esta imagem tem 
uma largura igual a 6500 
vezes a distância da Terra 
ao Sol.
100 Terametros (1014
metros)
O Sol e as órbitas de Plutão, 
Netuno, Urano e Saturno. Os 
planetas ainda são 
totalmente invisíveis dessa 
distância.
10 Terametros (1013 metros)
O Sistema Solar. Apenas 4 
artefatos humanos já saíram 
dessa região (as sondas 
Pioneer 10 e 11 e as 
Voyager 1 e 2).
1 Terametro (1012 metros)
Dentro da órbita de Júpiter. 
A terceira órbita a partir do 
Sol é a do planeta Terra que 
ainda não pode ser visto 
desta distância.
100 Gigametros (1011
metros)
Apesar das órbitas da Terra, 
de Vênus e de Marte não 
serem mais completamente 
visíveis nessa imagem, os 
planetas em si são muito 
pequenos para poderem ser 
visualizados.
10 Gigametros (1010 metros)
A pequena elipse no centro 
da imagem é a órbita da Lua. 
Este trecho da órbita da 
Terra é percorrido em 
apenas 4 ou 5 dias pelo 
nosso planeta.
1 Gigametros (109 metros)
A Lua e a Terra. Nesta 
escala a Lua tem somente 
um pixel de diâmetro.
100 Megametros (108
metros)
Lar doce lar.
Nesta escala a Lua já está 
fora da imagem.
10 Megametros (107 metros)
A América do Norte e a 
América Central.
1 Megametros (106 metros)
A costa da Califórnia.
100 Quilômetros (105
metros)
A Baía de São Francisco.
10 Quilômetros (104 metros)
A cidade de São Francisco.
1 Quilômetro (103 metros)
Parque Golden Gate, em 
São Francisco.
100 metros (102 metros)
Área do Parque Golden
Gate, em São Francisco.
10 metros
Vegetação rasteira sobre um 
lago.
1 metro
No centro da imagem pode-
se detectar um inseto sobre 
a flor.
10 centímetros (10-1 metros)
Uma abelha sobre uma flor.
1 centímetro (10-2 metros)
Detalhe da cabeça da 
abelha.
1 milímetro (10-3 metros)
Detalhe do olho da abelha. 
Os pequenos pontos 
amarelos são grãos de 
pólen.
100 micrometros (10-4
metros)
Detalhe do grão de pólen.
10 micrometros (10-5 metros)
Bactérias sobre o grão de 
pólen.
1 micrometros (10-6 metros)
Vírus nas bactérias.
100 nanometros (10-7
metros)
Detalhe do vírus.
10 nanometros (10-8 metros)
Estrutura helicoidal do DNA 
do vírus.
1 nanometro (10-9 metros)
Molécula de DNA.
1 angstrom (10-10 metros)
Área externa de um átomo 
de carbono.
10 picometros (10-11 metros)
Parte interna da nuvem 
eletrônica do átomo de 
carbono.
1 picometro (10-12 metros)
Dentro da nuvem eletrônica 
do átomo de carbono. O 
pequeno ponto no centro da 
imagem é o núcleo do átomo 
de carbono.
100 femtometros (10-13
metros)
O núcleo do átomo de 
carbono com 6 prótons e 6 
nêutrons.
10 femtometros (10-14
metros)
Detalhe do núcleo do átomo 
de carbono.
1 femtometro (10-15 metros)
Dentro de um próton.
100 atometros (10-16 metros)
Visão estilizada dos quarks.
Nanotecnologia
Química Física
Informática MedicinaEngenharias
Biologia
Nanotecnologia é fundamentalmente 
multidisciplinar
A nanotecnologia tem séculos de história
• Átomos e leis da natureza no mundo atômico foram 
“pacientemente” descobertos a partir de experimentos 
especialmente concebidos num processo que levou 
décadas e envolveu grandes cientistas. 
• A nanotecnologia não é nova - os químicos por exemplo 
sintetizam polímeros (grandes cadeias de moléculas feitas 
de minúsculas unidades nanoescalares) há muitas 
décadas; nanopartículas ocorrem naturalmente no leite, 
combustão e cozimento.
• Só recentemente equipamentos sofisticados foram 
desenvolvidos para manipular matéria em escala 
nanométrica (STM em 1981 e AFM em 1986).
• 3.5 bilhões de anos atrás - as primeiras células vivas 
aparecem. Células possuem biomáquinas nanométricas
que têm funções como manipulação de material genético e 
suprimento de energia.
Diagrama de uma
célula humana
Histórico da nanotecnologia
• Século 4 a.c. – Cálice de Lycurgus. Feito de vidro e impregnado 
com nanopartículas de ouro. Verde quando reflete a luz (como a 
luz do sol). Vermelho quando transmite a luz (fonte dentro do 
cálice).
• 400 A.C. Democritus utiliza a palavra átomo, 
que significa “indivisível" em grego antigo.
• 1905 Albert Einstein
publica um artigo onde 
estima que o diâmetro de 
uma molécula de açúcar é 
de cerca de um nanômetro.
• 1931 foi desenvolvido o microscópio 
eletrônico.
• 1959 Richard Feynman profere a famosa palestra 
"There's Plenty of Room at the Bottom", sobre as 
perspectivas da miniaturização: a enciclopédia 
Britânica poderia ser escrita na cabeça de um 
alfinete.
Trecho da Palestra de Feynman
“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, 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”.
Trecho da Palestra de Feynman
Trecho da palestra de Richard Feynman reproduzida por Chad Mirkin, 
da Northwestern University, usando técnica de nanolitografia. 
• 1968 Alfred Y. Cho and JohnArthur do Laboratórios Bell e seus 
colegas desenvolvem uma técnica que permite depositar camadas 
atômicas em uma superfície: a epitaxia por feixe molecular –
“molecular beam epitaxy (MBE)” 
• 1974 N. Taniguchi cria a palavra "nanotecnologia" significando 
máquinas com tolerância de menos de um mícron.
’Nano-technology' mainly consists of the processing of separation,
consolidation, and deformation of materials by one atom or one 
molecule. 
• 1981 G. Binnig e H. Rohrer criam o microscópio de tunelamento 
“Scanning Tunneling Microscope" (STM), que pode mostrar a 
imagem de átomos individuais, e recebem o Prêmio Nobel de 
Física em 1986.
Elétron vence gap de energia e tunela
da ponta fina à amostra (condutora), 
revelando informação estrutural e 
eletrônica a nível atômico.
• 1985 Robert F. Curl, Jr., Harold W. Kroto and Richard E. Smalley
descobrem os fulerenos (C60) conhecidos como "buckyballs", 
que medem um nanômetro de diâmetro e recebem o Prêmio 
Nobel de Química em 1996.
• 1986 K. Eric Drexler publica "Engines of 
Creation", um livro futuristico que populariza a 
nanotecnologia. http://www.foresight.org/EOC/index.html
• 1987 Jean-Marie Lehn
publica "Supramolecular 
Chemistry - Scope and
Perspectives, Molecules -
Supermolecules -
Molecular Devices"
• 1989 Donald M. Eigler da IBM escreve as letras da 
companhia utilizando átomos de xenônio.
•1991 Sumio Iijima da NEC em 
Tsukuba, Japão, descobre os nanotubos
de carbono.
• 1998 O grupo do pesquisador Cees Dekker da 
Universidade de Tecnologia Delft na Holanda cria um 
transistor a partir de um nanotubo de carbono.
- transistor de uma molécula: nanotubo de carbono
- opera a temperatura ambiente
- 2 nanoeletrodos de metal (fonte e dreno) e substrato como porta
• 1999 James M. Tour da Universidade Rice e Mark A. Reed
de Yale demonstram que moléculas individuais podem 
funcionar como switches moleculares.
• 2000 A administração Clinton anuncia a "Iniciativa 
Nacional da Nanotecnologia", que provê financiamento e 
maior visibilidade à área.
eletrodo
eletrodo
• 2005 A equipe do professor James Tour da Rice University 
desenvolveu o nanocarro, uma molécula no formato H e 
com moléculas de fulereno servindo como rodas. O 
nanocarro foi colocado sobre uma superfície de ouro.
O carro se movimenta quando a superfície de 
ouro atinge 200ºC ou quando é empurrado por 
um STM.
Nano
Molécula
carbono 60100 milhões de vezes menor
AQUI ESTAMOS!!!!!
• Porque manipular átomos e moléculas ?
– Curiosidade científica
– Dimensões físicas de dispositivos ultra finos
– Novos materiais
– Novos dispositivos
– Nova eletrônica
– Produtos mais eficientes
– Benefícios esperados em:
• Desenvolvimento de remédios
• Tratamento de água
• Tecnologias de informação e telecomunicações
• Materiais mais resistentes e leves
Adesivo usando forças de 
van der Waals e com 
observação nanoscópia.
Nanoestrutura adesiva capaz
de sustentar o peso de uma
pessoa
– Novos paradigmas: 
• Efeitos quânticos passam a ser explorados
• Efeitos gravitacionais perdem importância
• Propriedades ópticas (resposta a estímulo luminoso) 
podem ser exploradas
• Forças atômicas e moleculares (forças de Van der Waals)
• Exploração de propriedades nanométricas para obter 
efeitos macroscópicos. Exemplo:
– O que acontece quando se manipula a matéria
nessa dimensão ?
• Nanomateriais
• Nanometrologia
• Eletrônica, optoeletrônica e computação
• Bionanotecnologia
• Novas aplicações são esperadas a curto prazo (5 anos), a 
médio prazo (5-15) e a longo prazo (>20 anos).
• Possivelmente, algumas aplicações potenciais nunca 
venham a ser alcançadas e outras, impensáveis 
atualmente, venham a ter maior impacto.
Desenvolvimentos atuais em nanotecnologia e 
possíveis aplicações futuras em 4 grandes categorias:
Nanomateriais
O que são ?
– São materiais estruturados com ao menos 1 dimensão menor que 
100nm – filmes finos; nanofios e nanotubos; pontos quânticos.
• Propriedades
– Área de superfície relativa maior
– Maior proporção dos átomos estão na superfície:
• 30 nm: 5% dos átomos na superfície
• 10 nm: 20%
• 3 nm: 50% 
– Efeitos quânticos
• Importância: a possibilidade de controlar a estrutura dos materiais em 
escalas cada vez menores.
– As propriedades dos materiais, desde tintas a chips de silício, são 
determinadas pela sua estrutura nas escalas micro e nano.
– Criar materiais com novas características, funções e aplicações.
• Tipos: Nanomateriais são classificados em 3 categorias: 0D,1D e 2D
Nanomateriais 2D
• Filmes-finos, camadas e superfícies
– Superfícies projetadas para apresentarem 
características específicas:
• grande área de superfície ou 
• reatividade a um certo elemento
– Componentes eletrônicos e optoeletrônicos disponíveis 
hoje são fabricados majoritariamente com filmes finos.
– Têm aplicações como células combustíveis e 
catalisadores www.ifm.liu.se/Applphys/ftir/sams.html
– Superfícies podem ser criadas com base na auto-
organização de moléculas
TMGa
AsH3
Crescimento epitaxial
Substrato de GaAs
Nanomateriais 2D
Nanomateriais 2D
• Filmes-finos, camadas e superfícies
– Monocamadas – camadas com espessura de um átomo ou 
molécula
Monocamadas auto-organizáveis
- Self Assembled Monolayers (SAM)
- substrato de ouro em silício
- solução de etanol com o tiol desejado
- rápida adsorção das moléculas (segs)
- organização > 15hs
http://www.ifm.liu.se/Applphys/ftir/sams.html
Nanomateriais 1D
• Apresentam novas propriedades elétricas e 
mecânicas, por isso vêm sendo muito pesquisados
– Nanotubos de carbono
– Fios quânticos, nanowhiskers
– Biopolímeros
http://www.weizmann.ac.il/materials/msg/, http://www.apnano.com/, 
http://nanotechweb.org/articles/news/3/8/2/1/MgO2REVISED
Nanotubos de carbono
• O que são ?
– Estrutura de carbono formada por uma ou múltiplas folhas de grafeno
(folha de carbono), primeiramente observados em 1991 por Sumio Iijima.
• Dimensões: 
– Diâmetro: poucos nanômetros; 
– Comprimento: micrometros a centímetros
Nanotubos de carbono
• Propriedades importantes:
– Mecânicas:
• Um dos materiais mais “duros” conhecidos (similar a diamantes);
• Apresenta resistência mecânica altíssima;
• Capaz de suportar peso;
• Alta flexibilidade.
– Elétricas:
• Transportam bem a corrente elétrica;
• Podem atuar com característica metálica, semicondutora ou até 
supercondutora.
– Térmicas:
• Apresenta altíssima condutividade térmica na direção do eixo do 
tubo.
Nanotubos de carbono
• Algumas Aplicações
– Fibras e películas
(resistência e condutividade);
– Antenas (ganho de 
recepção);
– Sondas e implantes
cerebrais para estudo e 
tratamento de desordens e 
danos neurológicos (portáteis 
e longa vida útil);
– Dispositivos emissores de 
raios-X;
– Dispositivos eletrônicos
(transistores, diodos, etc ); 
Nanowhiskers – 1D
Partículas de ouro
O crescimento de material
é perturbado pela partícula
Crescimentos de fios quânticos
Heteroestruturas
Pontos quânticos
Nanomateriais 1D
• Apresentam novas propriedades elétricas e 
mecânicas, por isso vêm sendo muito pesquisados
– Nanotubos de Carbono
– Biopolímeros
– Nanotubos inorgânicos
– Nanofios
Descoberta recente 
(2004)
Controle sobre o 
crescimento dos 
nanofios:
- Nanofio de nitrito de 
gálio em substrato de 
óxido de magnésio
apresenta forma 
hexagonal
Nanomateriais 0D
• Nanopartículas
• Fulerenos – C60
• Dendrímeros: 
– Formados por auto-
organização hierárquica
– Moléculas aplicadas em drug
delivery, portando outras 
moléculas
– Limpeza de ambiente através
do aprisionamento de íons
metálicos
• Pontos Quânticos
http://www.wag.caltech.edu/gallery/gallery_dendrimer.html#galleryPonto Quântico
• Poço de potencial energético capaz de 
confinar elétrons
• Quantização da energia nas 3 dimensões
• Elétrons confinados têm níveis de energia 
discretos, semelhante ao átomo
– Também chamado de “átomo artificial”
• Dimensões dependem das condições de 
crescimento (4 - 20 nm)
• Aplicações
– Detectores, diodos laser, etc
– Computação Quântica – candidato promissor
Pontos Quânticos
Micrografia de quantum dots em forma de 
pirâmide, de indio, galio e arsênio.
Cada ponto mede cerca 20 nanos de 
largura e 8 de altura. 
Métodos de deposição
1.0µm 1.0µm1.0µm
Variação com o tempo de deposição 
InAs/InGaAs/InP
14µm400nm1.5µm
Deposição de pontos quânticos com 
controle espacial
Substrato com padrão
impresso por AFM
Formação de pontos 
quânticos em locais 
pré-selecionados
Pontos quânticos depositados
longe da região com padrão 
Fonseca Filho et al 2005
• Aplicações atuais
– Cosméticos e protetores solares 
• Dióxido de Titânio, transparente e reflete UV
– Compostos utilizando nanopartículas e 
nanotubos
– Plásticos e cerâmicas
• Carro: amortecedores, faróis, circuitos, tinta
– Ferramentas mais resistentes e afiadas
http://www.plastics-car.com/applications/exterior.html#bumpers, 
http://www.activglass.com/Pages/howframe.html
Aplicações de Nanomateriais
• Aplicações atuais
– Superfícies
• Janela auto-limpante
Aplicações de Nanomateriais
1. Vidro recebe cobertura que é ativada pela luz UV
2. Cobertura quebra as moléculas orgânicas e reduz a aderência da sujeira inorgânica
3. As partículas de sujeira são carregadas pela chuva
Aplicações de Nanomateriais
Aplicações de Nanomateriais
• Aplicações atuais
– Compostos utilizando nanopartículas e nanotubos
http://www.wilson.com/
Bolas utilizadas na copa Davis
possuem nanomateriais que 
permitem uma durabilidade 2x 
maior
• Aplicações atuais
– Sensores
• Língua Eletrônica (http://www.embrapa.br/linhas_acao/temas/equip_soft/lingua.htm)
Sensor diferencia sem dificuldade os padrões básicos de paladar doce, salgado, 
azedo e amargo, em concentrações abaixo do limite de detecção do ser humano.
Aplicações de Nanomateriais
Aplicações de Nanomateriais
• Aplicações atuais
– Catalisadores
• O craqueamento catalítico é o processo químico tecnológico 
mais usado no mundo.
• 40% da gasolina dos EUA e 60% da gasolina da Europa é feita 
desta maneira.
Moléculas sendo craquedas em uma Y-Zeolita
Aplicações de Nanomateriais
• Aplicações atuais
– Tecnologia Brasileira
http://www.nanox.com.br/index.php
Aplicações de Nanomateriais
• Aplicações atuais
http://www.forbes.com/technology/2005/01/12/cz_jw_0112soapbox.html
Aplicações de Nanomateriais
• Aplicações Médio Prazo
– Células combustíveis
– Displays
– Baterias
– Aditivos
– Catalisadores
– Tintas / Meio ambiente
• Tintas / Meio ambiente
• ECOPAINT - Captura energia do sol para neutralizar poluição (gases 
nitróxidos que causam problemas respiratórios e ativam o efeito estufa) 
http://www.newscientist.com/news/news.jsp?id=ns99994636
. 
•Partículas de dióxido de titânio 
absorvem luz UV
•Nitróxidos são convertidos em 
ácido nítrico
•O ácido reage com carbonato 
de cálcio, liberando água e CO2
Aplicações de Nanomateriais
• Aplicações longo prazo
– Materiais magnéticos
Nanoímãs contra o câncer e o HIV
(http://www.unb.br/acs/bcopauta/nanotecnologia1.htm)
• Fluido Magnético Biocompatível (FMB) (partículas magnéticas 
de escala nanométrica) pode auxiliar na condução de drogas de 
combate a doenças como Aids e câncer. 
• No caso do câncer, anticorpos para a célula cancerosa são 
associados às nanopartículas magnéticas. 
• Injetados na corrente sangüínea, os anticorpos presentes no 
FMB grudam na célula atingida pelo tumor. 
• Quando o paciente é exposto a um campo magnético externo
alternado, a partícula presa à célula acompanha o movimento da 
força, vibrando. 
• Ao vibrar, é criado um atrito que aumenta a temperatura 
celular, provocando uma citólise (morte da célula).
Aplicações de Nanomateriais
• Aplicações longo prazo
– Trajes militares
http://web.mit.edu/isn/
• No campo de batalha do futuro, os soldados estarão 
usando uniformes - armaduras. 
• Acionando-se uma chave, o uniforme se transforma: 
de confortável e macio em armadura durável, leve e 
flexível.
Aplicações de Nanomateriais
Recebeu US$ 50 milhões para criar o uniforme de batalha do século 21
Nanometrologia
• Definição: ciência responsável pela medição em 
escala nanométrica
– Medidas de comprimento ou tamanho; força, massa e 
propriedades elétricas
• O avanço das técnicas de medição possibilita o 
desenvolvimento de novos materiais, processos 
industriais e produtos
Nanometrologia
• Instrumentos
– que utilizam feixe de elétrons
• TEM – Transmission electron microscopy
• SEM - Scanning electron microscopy
– que utilizam “pontas de prova”
• SPM - Scanning probe microscopy
• STM - Scanning tunneling microscopy
• AFM – atomic force microscopy
– que utilizam feixe de laser
• Optical tweezers
Eletrônica, optoeletrônica e computação
Cenário
• Mercado atual de tecnologia (IT) – 1 trilhão de dolares
– Expectativa – 3 trilhões em 2020
• Número de transistores nos chips de computador
– 1971
• Intel 4004: 2300 transistores / 0.8 milhões de ciclos por segundo
– 2003
• Intel Xeon: 108 milhões de transistores / 3000 milhões de ciclos por 
segundo
• ITRS 2003 (International Technology Roadmap for 
Semiconductors)
– Documento de consenso mundial faz previsões sobre a indústria 
de semicondutores para os próximos 15 anos.
Eletrônica, optoeletrônica e computação
• Aplicações futuras
– Aplicações que seguem as tendências atuais
• Optoeletrônica
• Computação quântica e criptografia quântica
• Computação reversível
• Sensores 
– Aplicações que exploram tecnologias e materiais 
alternativos
• Eletrônica baseada em plásticos
• Utilização de moléculas como elementos funcionais em circuitos
• Sensores moleculares
• Por quê? Para quê? 
– Lei de Moore: Moore observou um crescimento exponencial no número de 
transistores por circuito integrado e previu a continuação desta tendência
Nanoeletrônica
Nanoeletrônica
• Por quê? Para quê? 
– a atual tecnologia CMOS baseada em silício deverá conseguir 
atender as necessidades de miniaturização da eletrônica pelos 
próximos 10 ou 15 anos
– Nova tecnologia: nanoeletrônica
• Demanda novo enfoque para materiais e arquitetura.
• Deverá lidar eficazmente, e de forma economicamente viável, com a 
integridade dos sinais e com os problemas de aquecimento criados 
por transistores construídos em tão alta densidade
Pentium 4 
42 milhões
de transistores
Primeiro chip 
5 transistores
Eletrônica de Semicondutores 
e a Nanotecnologia
• 1947-2004; há 57 anos atrás 
surgia o transistor: micro 
estrutura em silício, precursora do 
avanço tecnológico e científico 
observado no século 21.
• A imagem microscópica do 
transistor causou tanta 
perplexidade como a imagem de 
estruturas nanométricas nos 
causam hoje.
• 57 anos para chegarmos próximos 
aos limites dessa tecnologia. 
• Dominar a nanotecnologia deverá 
ser ++ rápido
• Benefícios serão em proporções 
infinitamente maiores do que os 
obtidos com transistor.
• Interesse público, pesquisa 
(Nature, Science), produtos e 
conferências em ascendência
Single electron transistor
GaAs/AlGaAs
H.W. Schumacher 
(1999)
Hannover,Germany
100 x 200 nm2
SET: Transistor mono-elétron:
é o mais sensível equipamento 
de medida de carga elétrica
Dispositivos de ponto quântico único
Fontes de fótons únicos para criptografia
Guimaraes 2005
Duas abordagens distintas para a 
implementaçãoda nanoeletrônica:
Top-down:
Fotolitografia
Litografia por feixe de elétrons
X-rays
Luz no extremo UV
Métodos de varredura de sonda
Bottom-up:
Pontos quânticos auto-
organizados
Produção de nanotubos de 
carbono por descarga
Comparando os métodos
•Litografia
Vantagens: A indústria eletrônica utiliza esta tecnologia.
Desvantagens: As modificações necessárias são caras. Luz UV e x-rays
podem danificar as lentas etc.
•Varredura de sonda
Vantagens: STM e AFM são muito versáteis, podem manipular partículas 
em padrões pré-estabelecidos.
Desvantagens: Lentopara produção em massa.
•Métodos Bottom-up
Vantagens: Reações químicas controladas podem produzir nanoestruturas 
de forma barata e “fácil”.
Desvantagens: Não é capaz deproduzir padrôes e interconexões de forma 
controlada.
Lithography
Transferência de padrão
Poço quântico
(estrutura 2D)
Confinamento lateral
Ponto quântico
Litografia e 
corrosão
Deposição
Confinamento lateral induzido por um 
campo elétrico
Pontos quânticos auto-organizados
Pontos quânticos auto-organizados
1.0µm 1.0µm1.0µm
Ex: transistor molecular
Nanoeletrônica - Eletrônica Molecular
Ex: LED Orgânico (OLED)
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.
Nanoeletrônica - Eletrônica Molecular
Bionanotecnologia e Nanomedicina
• As máquinas nanométricas mais completas e funcionais 
que conhecemos são as máquinas moleculares que 
regulam e controlam os sistemas biológicos.
• Bionanotecnologia se refere às propriedades em escala 
molecular e às aplicações de nanoestruturas biológicas
– Engenharia de tecidos
– Motores moleculares
– Biomoléculas para sensores
– Drug delivery
– Descoberta de novos medicamentos
– Resolução de imagem celular e sub-celular, com resolução maior 
que MRI (magnetic resonance imaging)
Biomotor molecular
© C. Montemagno
Composto pelo motor, uma base feita de níquel e uma haste superior giratória. 
Combustível do motor: ATP (convertido em adenosina trifosfato, uma forma típica 
de armazenamento energético em seres vivos), Universidade Cornell (EUA)
Bionanotecnologia e Nanomedicina
• Aplicações atuais e futuras
– Lab-on-a-chip technologies
– Eletrônica, computação e comunicações
– Self-assembly
– Drug delivery
– Novos medicamentos
– Imagem
– Tratamento do câncer
– Implantes e próteses
– Nanobots
Nanobots
• Princípio introduzido por Eric Drexler
• Robôs em nanoescala capazes de construir robôs 
semelhantes
• Auto-replicação
• “Utility fog” – conjunto de nanorobôs capazes de 
mudar sua forma macroscópica formando objetos 
de interesse: caneta, chave, etc
• Elemento mais ficcional da nanotecnologia
Nanoengrenagens
Nanobots
Nanobots (atacando um vírus)
Impactos da Nanotecnologia
• Pode a nanotecnologia ser usada para fins militares?
• Quais os danos ambientais da nanotecnologia?
• Impactos sócio-econômicos?
• Nanobots irão destruir o mundo?
• Surge a preocupação sobre os impactos negativos causados pela 
nanotecnologia. 
• Muito pouco se sabe sobre o dano que esses novos materiais 
podem causar.
• Ainda não há respostas precisas para todas essas questões.
Impactos na saúde
• O fato de nanopartículas serem da mesma escala física 
de componentes celulares, sugere que essas partículas 
podem iludir as defesas naturais e danificar as células.
Vírus atacando
uma célula
Impactos na Saúde
• Estudos já realizados sobre outras partículas tóxicas 
fornecem informações importantes:
– Minerais de quartzo
– Asbestos ou amiantos
– Partículas associadas à poluição do ar
Impactos na Saúde
• Suposição: A inalação de nanopartículas, tais como 
nanotubos, pode gerar danos aos pulmões.
• Pesquisadores e técnicos devem trabalhar com todo 
cuidado possível, até que estudos mais detalhados
possam identificar os reais danos dessas partículas.
Impactos na Saúde
• O contato com a pele também pode trazer problemas.
• Já existem protetores solares utilizando nanopartículas
(dióxido de titânio), sem recomendações sobre riscos.
• Mais informações deverão ser obtidas no futuro próximo.
Impactos no Meio Ambiente
• Há pouco estudo nessa área.
• Estudo apresentado pela American Chemical 
Society mostra que bucky balls (C60) (bolas de 
carbono-fulerenos) podem ser prejudiciais a 
animais aquáticos, causando danos no cérebro.
• Muito ainda deve ser feito para entender os 
impactos nos mares, rios, florestas e animais.
Impactos Sociais
• O desenvolvimento de produtos com tecnologia 
nano pode criar mudanças significativas nos 
planos social e econômico.
• Haverá criação de empregos em novas áreas, mas 
outros irão desaparecer.
• O avanço da nanotecnologia pode possibilitar que 
países em desenvolvimento entrem em compasso 
com países desenvolvidos, mas pode também 
aumentar as diferenças entres estes: 
Impactos Sociais
• Pode haver um aumento significativo e 
incontrolável da aquisição de informações, 
podendo gerar problemas incalculáveis.
• O uso em equipamentos militares podem 
desenvolver muito o poderio militar de algumas 
nações.
• O uso das características maléficas da 
nanotecnologia (se comprovadas) poderia gerar 
uma onda de nanoterrorismos comparada ao bio-
terrorismo e às armas químicas.
Nanotecnologia no Brasil
• Há produção científica significativa no Brasil;
– manipulação de nano-objetos, nanoeletrônica, nanomagnetismo, 
nanoquímica e nanobiotecnologia, incluindo os nanofármacos, a 
nanocatálise e as estruturas nanopoliméricas.
• Projetos executados por empresas, isoladamente, ou em 
cooperação com universidades ou institutos de pesquisa.
Nanotecnologia no Brasil
• 1987 – Investimento do CNPq em equipamentos para técnicas de crescimento epitaxial de 
semicondutores;
• 2001 - Criadas as 4 redes de nanotecnologia CNPq/MCT e apoiados 4 Institutos do Milênio na
área;
• 2003 - Criado o Grupo de Trabalho de Nanotecnologia para elaboração do Programa de 
nanotecnologia;
• 2003 – Criada a Coordenação-Geral de Políticas e Programas de Nanotecnologia. Atualmente
Coordenação de Micro e Nanotecnologias;
• 2004 - Início do Programa Desenvolvimento da Nanociência e Nanotecnologia no âmbito do PPA 
– 2007;
• 2004 - Criado do GT para estudo sobre a implantação do Laboratório Nacional de Micro e 
nanotecnologia;
• 2004 – Criada a Ação Transversal de Nanotecnologia nos Fundos Setoriais;
• 2004 - Instituída a Rede BrasilNano e seu Comitê Diretor;
• 2005 - Designados os membros do Conselho Diretor da Rede BrasilNano;
• 2005 – Lançado o Programa Nacional de Nanotecnologia (PNN);
• 2005 – Assinado o Protocolo de Intenções entre Brasil e Argentina criando o Centro Brasileiro-
Argentino de Nanotecnologia (CBAN).
Nanotecnologia no Brasil
• Políticas pouco agressivas e pouco focadas em 
investimentos.
• Brasil, de forma modesta, segue a tendência 
mundial.
• Há oportunidade de ingressar na nova era, em fase 
com os países desenvolvidos.
• Programa do governo pretende impulsionar vários 
setores da economia.
Investimentos
Fonte: MCT
Investimentos Públicos para P&D em
Nanotecnologia
Publicações, patentes e novas companhias
Investimentos Públicos para P&D em
Nanotecnologia
Country Expenditure on nanoscience and nanotechnologies 
Europe 
 
 
Current funding for nanotechnology R&D is about 1 billion 
euros, two-thirds of which comes from national and regional 
programmes. 
Japan 
 
Funding rose from $400M in 2001 to $800M in 2003 and is 
expected to rise by a further 20% in 2004. 
USA 
 
The USA’s 21stCentury Nanotechnology Research and 
Development Act (passed in 2003) allocated nearly $3.7 billion 
to nanotechnology from 2005 to 2008 (which excludes a 
substantial defence-related expenditure). This compares with 
$750M in 2003. 
UK With the launch of its nanotechnology strategy in 2003, the UK 
Government pledged £45M per year from 2003 to 2009.