A nanotecnologia basicamente estuda as propriedades e o comportamento de materiais na escala nanométrica (nanomateriais), ou seja, materiais que apresentam pelo menos uma de suas dimensões (comprimento, largura ou altura) entre aproximadamente 1 a 100 nm. Sendo que um nanômetro corresponde a 10-9 m. Para entender melhor quão pequeno são os sistemas estudados pela nanotecnologia, veja o vídeo abaixo no qual a estrutura da dupla hélice do DNA é mostrada. O seu diâmetro é da ordem de 3 nm!
A vantagem dos nanomateriais é que, por possuírem dimensões tão pequenas, propriedades muito interessantes podem surgir. Uma delas tem a ver justamente com o tamanho, a área superficial para um mesmo volume é muito grande!
– Como algo tão pequeno tem uma área superficial tão grande?
Para entender melhor esse conceito, imagine um bloco que possui o formato de um cubo com 1 m de aresta. A área de uma das faces desse bloco é 1 m². Somando-se todas as 6 faces temos 6 m², que é denominada área superficial. Agora divida esse bloco em oito unidades iguais de 0,5 m de aresta cada. Somando-se a área superficial dos oito blocos temos 12 m²! Ou seja, um aumento de 2x na área superficial considerando o mesmo volume! Agora estenda esse conceito e vá diminuindo o tamanho dos bloquinhos até chegar as dimensões de nanômetros. O resultado vai ser uma área superficial gigantesca! (Veja a Figura 1).
Tal característica tem implicações em várias áreas da ciência. Podemos citar, por exemplo, os catalisadores, que são substâncias que aumentam a velocidade de uma reação química. Quanto maior a sua área superficial, mais eficiente é o processo de catálise. Outra aplicação se dá na área ambiental, na remoção de poluentes do meio ambiente. Também na área médica, no diagnóstico e tratamento de doenças como o câncer.
Atualmente, há um estudo muito interessante sendo feito por pesquisadores brasileiros nessa área, veja esse link. E há muito mais aplicações, na área alimentícia, automotiva, cosmética, têxtil, militar, etc.
Porém, o estudo e a caracterização de nanomateriais envolve equipamentos e técnicas sofisticadas. Por exemplo, caso se queira observar o formato e a estrutura das nanopartículas, a técnica conhecida como microscopia eletrônica pode ser utilizada. Esse método basicamente utiliza um feixe de elétrons para formar as imagens das nanopartículas.
Veja o vídeo abaixo no qual uma nanopartícula de platina foi reconstruída em 3D, a partir de imagens de microscopia eletrônica de transmissão. Os pontos que podem ser vistos no vídeo são átomos de platina que formam a nanopartícula!
[Há legendas em inglês para o vídeo acima]
Lembrando o assunto abordado em outro post (O Fascinante Mundo da Cristalografia) há outra técnica que permite analisar a estrutura cristalina dos nanomateriais, chamada difração de raios X (DRX). Essa técnica é mais interessante por utilizar um feixe de raios X que é mais “amplo” que o feixe de elétrons utilizado na microscopia eletrônica. Devido a isso, a DRX analisa um maior número de nanopartículas. Como o feixe é maior e irá iluminar uma área consequentemente maior, mais nanopartículas são consideradas na análise por difração. Por consequência, a DRX fornece resultados com melhor estatística.
Simplificando, a DRX funciona da seguinte forma: o feixe de raios X incide nas nanopartículas e é espalhado pelos átomos que a compõem. Dependendo da posição dos átomos, as ondas que compõem o feixe de raios X podem se interferir construtivamente ou destrutivamente. Essa interferência entre as ondas é chamada de difração e gera um gráfico de intensidades pelo ângulo de difração, que pode ser analisado para revelar informações sobre a estrutura das nanopartículas (veja a Figura 2).
A única “desvantagem” da difração de raios X é que se trata de uma análise que usa uma medida indireta, ou seja, dados serão gerados e um modelo físico deve ser considerado para extrair as informações sobre a estrutura da nanopartícula (Veja a Figura 3). No geral, podemos dizer que a microscopia eletrônica e a difração são técnicas que se complementam, ou seja, uma técnica ajuda a outra permitindo a obtenção de um resultado mais confiável sobre a estrutura da nanopartícula.
É importante salientar que somente dois métodos foram citados e que há uma infinidade de técnicas para se estudar nanopartículas. A intenção foi introduzir duas técnicas e um pouco dos conceitos de como se estudar a “nanoestrutura”.
Outro aspecto importante a se considerar é o fato da nanotecnologia fazer uso intensivo de novos materiais e substâncias químicas. Por este motivo, há riscos associados a sua utilização.
Por se tratar de uma área relativamente nova, o impacto da utilização das nanopartículas ainda não é totalmente conhecido. Por isso, é importante que o estudo e aplicação das nanopartículas seja feita de forma responsável e controlada.
Por fim, o vídeo abaixo mostra de forma resumida a história da descoberta da estrutura do DNA pela cientista Rosalind Franklin. Uma das descobertas mais relevantes da ciência e que foi feita usando-se difração de raios X!
[Há legendas em inglês para o vídeo acima]
A seguir, uma entrevista com uma apresentação sobre nanotecnologia. Vale a pena conferir. 🙂
►Para saber mais:
- Apostila sobre nanotecnologia – (em inglês);
- Centro de tecnologia em nanotubos de carbono e grafeno – (localizado em Minas Gerais);
- Nanotecnologia: riscos à saúde, segurança ocupacional e ambiental – (notícia da UNESP);
- Nanotecnologia e o meio ambiente: perspectivas e riscos – (artigo em inglês)
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