terça-feira, 24 de janeiro de 2012

Grafeno é invisível para a água

Grafeno é invisível para a água

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/01/2012
Grafeno é invisível para a água
A gota de água "ignora" o grafeno, comportando-se como se ele não estivesse lá. [Imagem: Rice University]
Transparência à água
grafeno é um dos materiais mais finos conhecidos pela ciência.
Na verdade, o nanomaterial é tão fino que a água nem sequer percebe que ele está lá.
Engenheiros do Instituto Politécnico Rensselaer e da Universidade de Rice, ambos nos EUA, descobriram como a magreza extrema do grafeno permite que ele apresente uma "transparência à água" quase perfeita.
Eles revestiram pastilhas de ouro, cobre e silício com uma camada de grafeno, e depois colocaram uma gota de água sobre essas superfícies revestidas.
Surpreendentemente, a camada de grafeno não teve praticamente nenhum impacto sobre a forma com que a água se espalha sobre as superfícies.
A descoberta pode ajudar a criar uma nova geração de dispositivos eletrônicos flexíveis baseados em grafeno.
Além disso, a pesquisa sugere um novo tipo de trocador de calor que usa cobre revestido com grafeno para resfriar chips de computador.
Impermeável
Os resultados surpreenderam os pesquisadores porque o grafeno é impermeável.
Os espaços minúsculos entre seus átomos de carbono são pequenos demais para que a água, ou qualquer outra coisa, mesmo um único próton, possa passar.
Devido a isso, seria de se esperar que a água apresentasse um comportamento diferente de quando ela é posta sobre uma superfície nua de ouro, silício ou cobre, uma vez que o revestimento de grafeno impede a água de contactar diretamente essas superfícies.
Mas os resultados da pesquisa mostram claramente como a água é capaz de perceber e reagir à superfície abaixo, ignorando totalmente o grafeno.
Grafeno é invisível para a água
Esta simulação com 4.000 moléculas de água mostra a alteração de comportamento conforme são adicionadas novas camadas de grafeno. [Imagem: Rensselaer/Koratkar]
Molhabilidade
A "molhabilidade" de uma superfície é calculada medindo o ângulo com que uma gota de água adere à superfície.
O ângulo de contato da água com o ouro é de 77 graus - com o ouro revestido com grafeno, o ângulo foi de 78 graus. A molhabilidade do silício é de 32 graus, e de 33 graus com o silício revestido com o grafeno. Para o cobre, o dado é de 85 graus e 86 graus, respectivamente.
Conforme os pesquisadores aumentaram o número de camadas de grafeno, no entanto, ele tornou-se menos transparente para a água, e os ângulos de contato começaram a se elevar significativamente.
Após a adição de seis camadas de grafeno, a água já não via o ouro, o cobre ou o silício, comportando como se estivesse depositada sobre o grafite - que é uma coleção de folhas empilhadas de grafeno.
Forças de van der Waals
A razão para este comportamento desconcertante é sutil.
A água forma ligações de hidrogênio com determinadas superfícies, enquanto a atração da água para outras superfícies é ditada por uma interação física, chamada força de van der Waals.
Semelhante à forma como a gravidade dita a interação entre a Terra e o Sol, as forças de van der Waals ditam a interação entre átomos e moléculas.
No caso do ouro, cobre, silício e outros materiais, as forças de van der Waals entre a superfície e a gota de água determinam a atração da água à superfície e ditam como a água se espalha sobre a superfície sólida.
Grafeno é invisível para a água
Uma aplicação prática desta nova descoberta será no revestimento das superfícies de cobre usadas em desumidificadores. [Imagem: Rensselaer/Koratkar]
Em geral, essas forças têm um alcance de pelo menos alguns nanômetros.
Devido a esse raio de ação de longo alcance, estas forças não são afetadas pela presença de uma única camada de um átomo de espessura de grafeno entre a superfície e a água.
Em outras palavras, as forças de van der Waals são capazes de "olhar através" dos revestimentos ultra-finos de grafeno.
Desumidificadores e processadores de computador
Uma aplicação prática desta nova descoberta será no revestimento das superfícies de cobre usadas em desumidificadores.
Devido à sua exposição à água, o cobre se oxida, o que diminui sua capacidade de transferência de calor, tornando o equipamento menos eficiente.
Revestir o cobre com grafeno previne a oxidação, segundo os pesquisadores, e a operação do aparelho não será afetada porque o grafeno não muda a forma como a água interage com o cobre.
Este mesmo conceito pode ser aplicado para melhorar a capacidade de tubos de calor para dissipar o calor de processadores de computador.
Bibliografia:

Wetting transparency of graphene
Javad Rafiee, Xi Mi, Hemtej Gullapalli, Abhay V. Thomas, Fazel Yavari, Yunfeng Shi, Pulickel M. Ajayan, Nikhil A. Koratkar
Nature Materials
22 January 2012
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/NMAT3228

quinta-feira, 12 de janeiro de 2012

Chips de silício podem ser miniaturizados até escala atômica

Lei de Ohm em escala atômica

Lei de Ohm desafia mecânica quântica e continua válida em escala atômica
A eletrônica à base de silício pode não ter limites tão drásticos à miniaturização quanto se imaginava.
Conforme os componentes eletrônicos ficam menores, eles passam a obedecer às leis da mecânica quântica, e não mais às leis da física clássica.
Por exemplo, um fio deveria apresentar uma resistência cada vez maior à passagem da corrente elétrica conforme seu diâmetro diminui, inviabilizando uma miniaturização contínua das conexões de cobre no interior dos chips.
Mas pesquisadores australianos demonstraram que não é isso o que acontece.
Construindo os mais finos fios já feitos em silício - apenas quatro átomos de largura e um átomo de altura - eles demonstraram que a Lei de Ohm continua válida, como se os nanofios se recusassem a aceitar as leis da mecânica quântica.
Bent Weber e seus colegas descobriram que a resistividade elétrica dos seus nanofios - uma medida da facilidade com que a corrente elétrica pode fluir por eles - não depende da espessura do fio.
O resultado é que os nanofios, fabricados "de baixo para cima", ou seja, átomo por átomo, transmitem energia quase tão bem quanto os fios normais de cobre.
Tecnologia atômica
Isto é surpreendente porque a maioria dos especialistas acreditava que os efeitos quânticos iriam limitar a miniaturização dos componentes eletrônicos abaixo de determinadas dimensões - 10 nanômetros é a dimensão frequentemente apontada como o limite para a tecnologia "de cima para baixo".
A equipe construiu nanofios depositando átomos de fósforo, um por um, dentro de canais escavados em uma pastilha de silício, usando a ponta de microscópio eletrônico de tunelamento.
Como os átomos de fósforo ficaram "embutidos" no silício, eles ficaram isolados de qualquer influência externa, o que permitiu a medição de suas características com altíssima precisão.
Os nanofios pacientemente fabricados têm dimensões entre 1,5 e 11 nanômetros de espessura - dimensões 20 vezes menores do que as dos fios mais finos encontrados nos processadores atuais.
Em todas as dimensões testadas, os nanofios mantiveram a capacidade de transferência de corrente do cobre, demonstrando que as propriedades do material maciço podem ser conservadas até a escala atômica.
"É extraordinário ver que essa lei básica, a Lei de Ohm, continua valendo mesmo quando construímos um fio usando os blocos básicos de construção da natureza, os átomos," disse Weber.
Lei de Ohm desafia mecânica quântica e continua válida em escala atômica
Com apenas um átomo de altura, os nanofios foram criados inserindos átomos de fósforo em ranhuras criadas em uma pastilha de silício. A simulação mostra a densidade de elétrons conforme eles fluem da esquerda para a direita. [Imagem: Purdue University/Sunhee Lee/Hoon Ryu/Gerhard Klimeck]
Clássico e quântico
Segundo os pesquisadores, esse comportamento clássico no reino quântico sugere que várias novas gerações de componentes eletrônicos poderão ser construídas com a tecnologia atual, uma vez que a interconexão dos componentes no interior dos chips poderá atingir a escala atômica sem perda de funcionalidade.
fronteira entre os mundos clássico e quântico é um terreno ainda por demarcar.
Experimentos têm mostrado que não há uma regra geral para quando o comportamento clássico cessa e dá lugar ao comportamento quântico.
Neste novo caso, da preservação da Lei de Ohm em escala quântica, os cientistas acreditam que os átomos de fósforo dão ao nanofio uma densidade de elétrons tão grande (1021 elétrons por centímetro cúbico) que sua influência mútua destrói qualquer coerência quântica, levando ao comportamento clássico.
O experimento foi realizado a temperaturas criogênicas (4.2 Kelvin), quando se espera que as regras do mundo quântico dominem inteiramente, o que reforça a expectativa de que os resultados valham para a temperatura ambiente.
Tiro pela culatra
Ironicamente, os cientistas não estavam interessados em componentes eletrônicos clássicos: eles estão estudando mecanismos para criar computadores quânticos.
Pelo menos neste caso, eles obtiveram um resultado que representa uma ótima notícia para os computadores eletrônicos, mas uma notícia bem ruim para os computadores quânticos, cujo funcionamento depende das leis da mecânica quântica.
Bibliografia:

Ohm's Law Survives to the Atomic Scale
B. Weber, S. Mahapatra, H. Ryu, S. Lee, A. Fuhrer, T. C. G. Reusch, D. L. Thompson, W. C. T. Lee, G. Klimeck, L. C. L. Hollenberg, M. Y. Simmons
Science
6 January 2012
Vol.: 335 pp. 64-67
DOI: 10.1126/science.1214319

Nanofio 1D tem propriedade 3D com 6X mais potência

Comportamento 3D em 1D
Piezoeletricidade de nanofio é 6 vezes maior
Os nanofios são frequentemente considerados estruturas unidimensionais.
Não é para menos, já que eles muitas vezes são construídos átomo por átomo.
Por sua vez, a piezoeletricidade - a capacidade de um material gerar energia quando submetido a um estresse mecânico - é uma propriedade tipicamente tridimensional.
Surpreendentemente, um experimento em nanoescala demonstrou que nanofios de um dos materiais piezoelétricos mais promissores são até 6 vezes mais eficientes do que o material maciço, em escala macro.
Nitreto de gálio
O material é o nitreto de gálio, o semicondutor que viabiliza os lasersazuis - lembre-se de um disco blu-ray - e a maioria dos LEDs.
Mais recentemente, o nitreto de gálio está permitindo a criação de nanogeradores, que transformam o movimento do corpo humano ou pequenas vibrações do meio ambiente em energia.
Horacio Espinosa e seus colegas da Universidade Northwestern, nos Estados Unidos, demonstraram que esses nanogeradores podem ser muito mais eficientes se forem fabricados na forma de nanofios.
Os experimentos mostraram que nanofios com apenas 60 nanômetros de espessura apresentam um comportamento piezoelétrico em 3D que é até 6 vezes maior do que o material maciço.
Potência macro
Os resultados são entusiasmadores para o campo emergente da colheita de energia, sobretudo para a alimentação de equipamentos portáteis e implantes médicos.
Embora o conceito de nanogerador dispense apresentações e justificativas, a pequena quantidade energia gerada tem limitado sua aplicação prática - mas seis vezes mais energia é suficiente para usos muito mais potentes.
"Foi um grande desafio fazer essas medições, já que precisamos medir com precisão deslocamentos 100 vezes menores do que o tamanho de um átomo de hidrogênio," contou Majid Minary, membro da equipe.
A medição do deslocamento é necessária para estabelecer uma relação precisa entre a tensão mecânica a que o material é submetido e a carga elétrica que ele gera.
O desafio agora é produzir nanofios em quantidades que possam ser úteis em escala macro.
Bibliografia:

Individual GaN Nanowires Exhibit Strong Piezoelectricity in 3D
Majid Minary-Jolandan, Rodrigo A. Bernal, Irma Kuljanishvili, Victor Parpoil, Horacio D. Espinosa
Nano Letters
Vol.: Articles ASAP
DOI: 10.1021/nl204043y

segunda-feira, 9 de janeiro de 2012

Capes aprova doutorado em Nanociências da Unifra





O Centro Universitário Franciscano (Unifra)está completando mais uma etapa na vida acadêmica. No dia 20 deste mês, a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes/MEC) emitiu parecer favorável  à criação do Doutorado em Nanociências na instituição. Este será o primeiro Doutorado da Unifra, que já conta com dois mestrados, sendo um deles, também, em Nanociêcias.
A Nanociência é o estudo e conhecimentos de técnicas e aplicações de nanotecnologias. Ela está relacionada a diversas áreas e tem por meta compreender e controlar matérias em escala nanométrica, além do conhecimento da natureza na organização das matérias átomo por átomo, molécula por molécula. Nos estudos, a medida de um nanômetro é 0,000000001 metro, ou seja, um nanômetro corresponde a um bilionésio de metro.
Para a Pró-reitora de Pós-graduação Pesquisa e Extensão, Solange Binotto Fagan, a aprovação do Doutorado para Unifra representa muito na área científica. Apenas três instituições no Brasil tem programas nesta área. “Uma é na Universidade de Brasília, outra no ABC paulista e aqui na Unifra”, destaca Solange.
De acordo com a professora, tanto o mestrado e, agora o Doutorado, são áreas estratégicas da instituição, com muita pesquisa e ciência, mostrando, assim, os resultados de que o Centro Universitário Franciscano está em grande desenvolvimento e expansão científica. “Estamos sempre participando de projetos e programas. Criamos uma maturidade científica”, diz.
O curso de Doutorado irá disponibilizar oito vagas anuais e, segundo Solange, a disputa pelas vagas já começou. “Já recebemos cerca de 30 ligações e solicitações de pessoas interessadas em concorrer por uma das vagas”, conta. Ela ressalta que, até o momento, não será ampliado o quadro de docentes. “Talvez sejam contratados outros profissionais, mas, agora, não há necessidade. O Capes aprovou o curso com os professores que estão no nosso quadro e eles já dão aulas no Mestrado”, fala.
Também não será alterado os laboratórios nem a estrutura dos prédios. “Todas as pós-graduações ficarão localizadas no conjunto três da Unifra. Os laboratórios são multiusuais e as salas de aula comportam os novos alunos”, diz. Quem aconselha o Mestrado e agora o Doutorado é a técnica em nanociência da Unifra, Gabriela de Moraes, que é egressa do Mestrado. “Ainda não sei se vou fazer o Doutorado, pois tenho outros planos. Mas, esta é uma possibilidade. É uma área nova que vale a pena investir”, destaca.
De acordo com a Pró-reitora, o edital para inscrições no Doutorado deve abrir na primeira semana de janeiro. As aulas devem começar em março com os oito novos doutorandos.
Inscrição
- Poderão candidatar-se ao curso de Doutorado em Nanociências os portadores de diploma e mestres em áreas como Nanociências Física, Matemática, Química, Química Industrial, Farmácia, Sistemas de Informação, Engenharia da Computação e áreas afins.
Areas de concentração:Biociências e nanociências
Numero de Vagas: 8
Duração: 4 anos
LInhas de pesquisa
Linha de pesquisa 1: desenvolvimento e caracterização de sistemas bioativos e nanoestruturados. Trata sobre o desenvolvimento e a caracterização de sistemas aplicados a materiais nanoestruturados, novos compostos químicos e substâncias bioaticas.
Linha de pesquisa 2: modelagem e simulação de biossistemas e nanomateriais. Esta linha trata sobre o desenvolvimento e aplicação da modelagem e simulação computacional na otimização de sistemas físicos, químicos e biológicos.