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Palestra: 
Nanotecnologia: Pontos 
Quânticos, Grafeno e 
Outras Aplicações
Prof. Dr. Bruno Honda
Memorial
 Graduação em Física (USP, 2002)
 Mestrado (USP, 2004)
 Doutorado (USP, 2009)
 Pós-doutorado: Polímeros, Semicondutores Magnéticos e 
Pontos Quânticos
Tendências para o futuro...
 Sociedade completamente dependente de ciência e tecnologia – em 
todas as áreas.
 Pouco interesse em estudar ciência...
 Redes sociais, plataforma de vídeos (streaming).
 Comércio eletrônico (e-commerce), esportes 
eletrônicos (e-sports).
 “Autoatendimento” – rede fast-food e 
supermercados.
Fatos
 A tecnologia está evoluindo cada vez mais rápido.
 Mudanças em uma geração são enormes!
 É difícil prever como será a tecnologia em algumas décadas...
 Temos, porém, uma certeza: impacto nas nossas vidas cotidianas, 
estruturas sociais, econômicas, entre muitas outras.
Mercado financeiro
 9 entre as 10 maiores marcas estão no ramo de tecnologia (fonte: Yahoo! finanças).
Apple = US$ 2,17 trilhões
Saudi Aramco = US$ 2,07 trilhões (petróleo)
Microsoft = US$ 1,61 trilhão
Amazon = US$ 1,58 trilhão
Alphabet (Google) = US$ 1,19 trilhão
Facebook = US$ 784 bilhões
Tencent = US$ 705 bilhões (China – QQ, WeChat, PayPal)
Alibaba = US$ 700 bilhões
Tesla = US$ 600 bilhões
Berkshire Hathaway = US$ 525 bilhões (seguros, comunicações, 
alimentos, automóveis, esportes, tecnologia...)
Alibaba: 583.000 compras por segundo! 
(Fonte: ecommercebrasil.com.br)
Atualmente
 Paradigma: era digital
 Era da informação
 Internet das coisas (IOT)
 Indústria 4.0
 Artificial intelligence, machine learning, cloud computing, big data
Fonte: https://www.oracle.com/br/internet-of-things/what-is-iot/
Impactos
 A quarta revolução industrial vai impactar áreas de manufatura, 
financeiras, indústrias, comércio, transporte, agrícola...
 Demanda pela tecnologia digital será imensa – grande número de dados a 
serem gerados, enviados e processados.
 EUA – mercado digital cresce 10% ao ano – previsão de ser 22% do 
mercado total em 2030.
Novas tecnologias
 Necessidade de velocidade de processamento;
 Necessidade de armazenamento em nuvem;
 Velocidade de comunicação gigantesca;
 Energia disponível para usar os 
processadores ultrarrápidos;
 Tela ou display que possa mostrar com 
“resolução de retina”.
Nanotecnologia
Escala nanométrica – 0,000000001 m
Fonte: Figura do Departamento de Farmacologia, Instituto de Ciências Biomédicas, 
Universidade de São Paulo (scielo.br)
DNA
1A 5 nm
Anticorpo
20 nm
Ouro coloidal
1 nm 10 nm
1 μm
10 μm
Célula
Humana
100 nm
Bactéria
VírusProteína
Molécula
de Água
Escala
Nanométrica
Nanotecnologia
 Matriz e dopante: materiais com características próprias;
 Agregar nanocomposto a uma matriz: alterar as propriedades.
101nm 1nm 10 nm 100 nm 1000 nm 104nm 105nm 106nm 107nm 108nm 109nm
DNA
VÍRUS
Proteínas
NANOPARTÍCULAS
100-200 nm
Bactéria Fio de cabelo
Formiga
Bola de tênis
Criança
Células sanguíneas
Nanotubos
de carbono
Fonte: 
https://betaeq.com.br/index.php/2015/
09/29/a-origem-da-nanotecnologia-e-
suas-varias-aplicacoes/
Nanotecnologia
 Exemplo: carbono (C) – vulcanização da borracha;
 Tinta condutiva.
Fontes: SERVIDOR DE IMAGENS: https://br.pinterest.com/; 
http://sustentabilidade-uniceub.blogspot.com/2013/10/tinta-
condutora-de-eletricidade-um.html;
http://revistagalileu.globo.com/Revista/Common/0,,EMI299690-
17770,00-
TINTA+CONDUTORA+E+CAPAZ+DE+ILUMINAR+SEUS+RABIS
COS.html
INTERVALO
 Qual o impacto dessas inovações tecnológicas na sua vida? 
 Quais termos você já tinha ouvido falar? Quais desses termos você tem 
domínio atualmente?
(Inteligência artificial, machine learning, redes neurais, IoT, indústria 4.0, 
cloud computing, deep learning, data science, big data...)
 Você está preparado para o “presente”?
Grafeno
 Alótropo do carbono-12;
 Natureza: diversas “combinações” entre os átomos de carbono;
 Materiais orgânicos (química orgânica);
 Carbono puro: carvão, diamante, grafite... Fonte: https://blog.biologiatotal.com.br/
alotropia-o-que-e-exemplos-e-aplicacoes/
Alotropia do carbono
 Propriedade que permite várias combinações de ligações entre os 
átomos de carbono.
Fonte: Química nova, v. 36, n. 10. São Paulo, 2013. 
scielo.br
Grafeno
 Por que o grafite conduz eletricidade e o diamante não?
Fonte: https://blog.biologiatotal.com.br/
alotropia-o-que-e-exemplos-e-aplicacoes/
Grafeno
 Descoberta: Philip Russell Wallace (1947)
 Ulrich Hofmann e Hanns-Peter Boehm (1962): junção de grafite com o 
sufixo -eno
 Konstantin Novoselov e Andre Geim (2004) – prêmio Nobel
 Ideia: usar grafeno em transistores!
Fonte: Fonte: https://blog.beard.com.br/o-
que-e-grafeno/
Grafeno
 Estrutura de duas dimensões.
 Propriedades físicas: 
 Alta resistência mecânica: é resistente;
 Alta condutividade elétrica – conduz bem 
eletricidade;
 Alta condutividade térmica – conduz bem o calor;
 Extremamente fino: “transparente”;
 Impermeável – impede a passagem de gases.
Fonte: 
https://www.extremetech.com/electronics/150646-
berkeley-creates-the-first-graphene-earphones-and-
unsurprisingly-theyre-awesome
Aplicações
 Displays e telas.
Fonte: 
https://www.extremetech.com/ele
ctronics/150646-berkeley-
creates-the-first-graphene-
earphones-and-unsurprisingly-
theyre-awesome
Aplicação: resistência física
 Materiais esportivos (raquetes de tênis);
 Coletes à prova de balas;
 Reparação de aeronaves;
 Reforço de smartphones.
Fonte: https://headbrasil.com.br/
Fonte: https://www.showmetech.com.br/grafenp-
pode-dobrar-resistencia-coletes-a-prova-de-bala/
Grafeno: fone de ouvido
 Universidade da Califórnia – diafragma feito de grafeno que possui 
apenas 30 nanômetros de espessura. Preso entre dois eletrodos de silício 
(são eles que permitem a vibração do material para a produção do som), 
ele se mostrou incrivelmente resistente e fiel, trazendo uma qualidade de 
áudio próxima à dos principais produtos atualmente no mercado.
Fonte: 
https://www.extremetech.com/electronics/
150646-berkeley-creates-the-first-
graphene-earphones-and-unsurprisingly-
theyre-awesome
Frame
Graphene
diaphragm
5 mm
frame electrode
Wave
guide
10 mm
Grafeno como filtro de água
 O processo, criado por pesquisadores do Massachusetts Institute of 
Technology (MIT), consiste em fazer com que a água salgada passe por 
dentro de um filtro extremamente fino e construído com grafeno. Nele, 
somente as moléculas do líquido podem passar, ou seja, ele é capaz de reter 
todo o sal presente nele.
 Um trabalho desenvolvido em conjunto pela Universidade Rice, nos EUA, e 
pela Universidade Estatal de Moscou, na Rússia, mostrou que o óxido de 
grafeno pode ser utilizado para eliminar materiais radioativos do líquido.
Fonte: 
https://www.infotecblog.com.br/graf
eno-materia-prima-do-futuro-
promete-revolucionar-a-tecnologia
Bateria de grafeno
 UCLA (EUA): supercapacitor – um disco de grafeno que, com apenas dois 
segundos de carga, conseguiu manter um LED aceso por cinco minutos.
 Universidade de Stanford (EUA) – modelo antigo de bateria de níquel e 
aço, substituiu o carbono por grafeno. Com isso, eles conseguiram fazer 
com que a bateria tivesse a sua carga totalmente completada em poucos 
minutos – acelerando a recarga do dispositivo em mil vezes.
Fonte: 
https://www.tecmundo.com.br/
grafeno/38557-6-formas-
como-o-grafeno-podera-
mudar-o-mundo.htm
Graphene paper
(current collector)
V2O5
(cathode)
Separator
Lithiated graphene paper
(anode & current collector)
Novos semicondutores, circuitos, chips...
 Substituir o silício na fabricação de transistores; o grafeno possui 200 vezes 
mais mobilidade de elétrons do que o silício usado nos componentes atuais 
– processadores novos com até 300 GHz de frequência;
 Universidade de Wisconsin-Milwaukee (EUA): transistores com base em um 
material obtido a partir do grafeno:o monóxido de grafeno, material seria 
isolante, condutor e semicondutor;
 Universidade de Cambridge (Inglaterra): 
criação de transistores transparentes;
 Acelerar a internet: conversão de sinal 
ótico para digital 100 vezes mais rápido.
Fonte: 
https://www.tecmundo.com.br/
grafeno/38557-6-formas-
como-o-grafeno-podera-
mudar-o-mundo.htm
Centro de Tecnologia em Nanomateriais 
e Grafeno (CTNano) da UFMG
 Integrar nanotubos de carbono na estrutura molecular do cimento;
 Hoje sabemos que a adição de 0,3% de nanotubos em compósitos cimentícios 
aumenta seu modo de tração em 60%. Ou seja, uma pitadinha muda essa 
propriedade;
 O cimento nanoestruturado teve patente 
depositada no Brasil em 2008 e, sete anos 
depois, recebeu o registro internacional, 
que assegura mercados estratégicos, como 
Estados Unidos e China. 
Fonte: 
https://www.hisour.com/carbon-
nanotube-42863/
INTERVALO
 Você já viu ou trabalhou com algum material desenvolvido com grafeno?
 Sabendo dessas propriedades fantásticas do grafeno, você consegue 
pensar em alguma aplicação inusitada? Será que ela já não existe?
Pontos quânticos
 “Quantum Dots” – QDs.
 Átomos artificiais:
 “Aprisionar” elétrons;
 Elétrons em um átomo: níveis de energia;
 Manipulação da tecnologia em níveis atômicos.
Fonte: 
https://www.pnas.org/content/113/11/2796
Fonte:
https://alertadeoferta.com/quantum-dots/
Color Control by QD Particle size
Core Size
Number of Active Centers
2 NM
3 NM
4 NM
5 NM
7 NM
15 ATOMS 30 ATOMS 50 ATOMS 80 ATOMS 150 ATOMS
LIPID
STABILIZER
CORE
SHELL
QD Structure
Depending on size,
quantum dots emit different color light
due to quantum confinent.
Illustrated is the range of QDs with emission
gradually stepping from violet to red.
Formação dos pontos ou ilhas quânticas
 Litografia
 Deposição por feixe epitaxial (MBE)
Fonte: 
https://pubs.rsc.org/
https://onlinelibrary.wiley.com/
e-beam
Develop
Fonte: autoria própria.
40 nm
20
1 μm
0,8
0,6
0,4
0,2
0,2
0,4
0,6
0,8
1 μm
Aplicação: displays
 Competição OLEDs x QDs;
 OLEDs – LEDs orgânicos (Organic Light Emmitting Diode);
 QDs – funcionam com luz de fundo azul;
 Telas e TVs: problemas com branco e preto puros.
QDs em displays
TV LED comum: 
 Luz branca (B+Y) de fundo;
 Pixels RGB;
 Cristal líquido.
Fonte: 
httpshttps://www.techtudo.com.br/noticias/noti
cia/2015/11/pontos-quanticos-conheca-
tecnologia-das-telas-das-tvs-top.html
Quantum dots
 A tecnologia de pontos quânticos permite que o display de LED emita 
uma luz de tom azul substituindo a fonte de iluminação branca. Junto 
com isso, há uma rede de nanocristais verdes e vermelhos desenvolvida 
para cobrir cada pixel da TV.
Fonte: 
https://www.techtudo.com.br/
noticias/noticia/2015/11/pont
os-quanticos-conheca-
tecnologia-das-telas-das-tvs-
top.html
Vantagens dos pontos quânticos
 “Sobrevida” às TVs LED/LCD convencionais.
 Durabilidade: por não usarem hidrocarbonetos que sofrem desgaste com o tempo e podem perder 
potência com o uso, os cristais das telas LED com pontos quânticos deverá apresentar a mesma 
qualidade de cor mesmo depois de anos de uso.
 Versatilidade: pode ser facilmente adaptada nos processos de 
fabricação atuais, e a versatilidade do material usado nos 
cristais é tão grande, que é possível usá-los em televisores com 
espessuras tão finas quanto as de OLED.
 Economia: por ser uma tecnologia mais popular, as telas LED 
com pontos quânticos podem entregar uma qualidade de 
imagem compatível com as OLED, por um preço muito inferior.
Fonte: 
https://www.techtudo.com.br/noticias/noticia/2015/11/pontos-
quanticos-conheca-tecnologia-das-telas-das-tvs-top.html
QDs: aplicações
 Candidato para novas tecnologias: spintrônica.
 Spin Coherence Generation – optomagnetismo.
 Displays – luz visível.
 Espectro eletromagnético é enorme!
 Algo mais pode ser feito?
Fonte: https://www.infoescola.com/fisica/espectro-
eletromagnetico/
Raios 
gama
Raios X UV
Infraver-
melho
Micro-
ondas
Ondas de
rádio
10-14 m 10-12 m 10-8 m 10-4 m 1 m 106 m
400 m 500 m 600 m 700 m
QDs: detector de infravermelho
 Infravermelho – ondas térmicas.
 Aplicação em diversas áreas: perfil de temperatura em paredes, motores, 
seres humanos (medicina) etc.
Fonte: 
https://www.researchgate.net/figure/Fi
gura-2-Exemplos-de-aplicacoes-da-
radiacao-infravermelha-a-visao-
noturna-de-um_fig2_273108645
Fonte: https://canaltech.com.br/saude/aeroportos-
procuram-por-casos-de-novo-coronavirus-com-
varreduras-de-calor-159692/
QDs: detector de infravermelho
 Aplicação militar:
 Visão noturna;
 Bateria antiaérea (sensor de temperatura – motor);
 Contra medida defensiva aérea (flare).
Fonte: 
https://www.defensenews.com/industry/2018/11
/13/the-militarys-chaff-and-flare-industry-is-on-
fragile-ground/
Fonte: 
https://www.researchgate.net/figure/Fi
gura-2-Exemplos-de-aplicacoes-da-
radiacao-infravermelha-a-visao-
noturna-de-um_fig2_273108645
Leis de Clarke (Arthur C. Clarke)
 Quando um cientista distinto e experiente diz que algo é possível, é 
quase certeza que tem razão. Quando ele diz que algo é impossível, ele 
está muito provavelmente errado.
 O único caminho para desvendar os limites do possível é aventurar-se 
um pouco além dele, adentrando o impossível.
 Qualquer tecnologia suficientemente avançada é indistinguível de magia.
Referências
 www.nature.com
 www.sciencemag.org 
 www.techtudo.com.br 
 www.todamateria.com.br/grafeno
Muito obrigado e até a próxima!
Canais:
e-mail: bslhonda@gmail.com
@bslhonda
twitch.tv/bslhonda/