UNIVERSIDADE DE LISBOA

http://www.dqb.fc.ul.pt/1-ciclo/nanoscience.php

Sensor implantado para seguir desenvolvimento de tumores

Uma equipa de investigadores alemães, da Technical University Munich (TUM), liderada por Sven Becker, desenvolveu um sensor que pode ser implantado junto de tumores para monitorizar o seu crescimento. A aplicação capta níveis de oxigénio próximos do tecido para detectar se o tumor se desenvolve.

Os resultados são posteriormente transmitidos por ‘wireless’ à equipa médica – reduzindo a necessidade de scanners e idas frequentes ao hospital para vigiar o crescimento do tecido. Por exemplo, se os níveis de oxigénio descerem demasiado, poderá indicar um crescimento mais agressivo e alertar o corpo clínico.

Os especialistas esperam com isto conseguir tratamentos mais direccionados e menos agressivos. Os engenheiros médicos da TUM pretendem agora desenvolver um aparelho que inclua medicação para que esta possa aplicar directamente doses terapêuticas de quimioterapia na área afectada. Assim, os pacientes serão tratados mais rapidamente e de forma menos tóxica.

O sensor ainda está em fase de desenvolvimento, mas os cientistas consideram que possa estar pronto dentro de dez anos para uso médico.

Extraído de:

http://www.cienciahoje.pt/index.php?oid=50734&op=all

Evento muito interessante.

Grafeno: até os defeitos são belos e funcionais

Defeito ou virtude?

O grafeno parece cada vez mais fazer por merecer o apelido de "material-maravilha" que lhe tem sido dado desde a sua descoberta, em 2004.

Além de propriedades imbatíveis quando puro, o grafeno apresenta alguns defeitos que bem poderiam ser chamados de virtudes: isto porque os próprios defeitos dão ao material novas funcionalidades.

Os defeitos surgem quando a estrutura atômica dessa folha unidimensional de carbono não se estrutura exatamente em uma rede hexagonal.

Por exemplo, quando o defeito se espalha ao longo da folha de grafeno, cria-se uma espécie de fio metálico unidimensional, capaz de conduzir corrente elétrica por vias bem determinadas, permitindo a criação de componentes eletrônicos com a espessura de um átomo.

Flores de grafeno

Uma equipe do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia (NIST), dos Estados Unidos agora descobriu que esses defeitos podem também ser complexos, formando estruturas parecidas com flores.

Os pesquisadores verificaram que os arranjos atômicos "defeituosos" levam à criação de sete estruturas diferentes, que tanto podem ocorrer naturalmente quanto serem induzidas no processo de fabricação do grafeno.

"Conforme o grafeno se forma sob alta temperatura, seções da rede atômica podem se soltar e girar", explica Eric Cockayne, coordenador do experimento. "Quando o grafeno esfria, esses seções rotacionadas ligam-se novamente com a rede, mas de forma irregular."

É quase como se um pedaço do grafeno fosse cortado com um tesoura, girado no sentido horário, e novamente costurado de volta no mesmo lugar. Como o remendo não se encaixa perfeitamente, formam-se belas "flores" no meio da cansativa tela de galinheiro original.

Bordas do grafeno

E cortar o grafeno pode ser uma técnica muito prática para estudar as funcionalidades que essas "ligações cruzadas" entre os átomos induzem no material.

Cientistas da Universidade de Berkeley, nos Estados Unidos, descobriram isso ao estudar as bordas do grafeno.

Dependendo do ângulo em que a folha de grafeno é cortada, os átomos compõem uma borda com um recorte diferente.

E isso é suficiente para que a fita resultante tenha propriedades eletrônicas, magnéticas e ópticas diferentes em comparação com a folha de grafeno como um todo - a largura da fita também influencia essas propriedades.

Magnetismo atômico

A equipe do Dr. Miguel Ugeda, da Universidade Autônoma de Madri, na Espanha, quis ir ao extremo: usando um microscópio de tunelamento, eles capturaram um único átomo de carbono no meio da tela de galinheiro, produzindo o menor defeito possível no grafeno.

O efeito foi surpreendente: a ausência de um único átomo reduziu dramaticamente a mobilidade dos elétrons e, mais importante, criou um momento magnético.

Embora o experimento tenha sido feito em alto vácuo e temperatura de 4K, os dados teóricos garantem que será possível produzir um campo magnético a temperatura ambiente.

Isto abre possibilidades em escala macro e em escala nanométrica. No primeiro caso, pode ser possível fabricar ímãs não-metálicos, flexíveis e muito baratos. No segundo, a spintrônica ganha um enorme reforço com momentos magnéticos produzidos literalmente em escala atômica, com a remoção seletiva dos átomos de carbono do grafeno.

Benção ou maldição?

Sendo o material mais forte que se conhece, a presença de defeitos poderia ser um motivo de preocupações.

Mas os cientistas do NIST argumentam que seus remendos dão flexibilidade ao material, impedindo que ele se quebre quando usado em funções estruturais.

Por outro lado, com um simples recorte sendo capaz de alterar totalmente suas propriedades, o material-maravilha parece ser suscetível demais a pequenas variações no processo produtivo, o que faz vislumbrar um caminho bastante árduo à frente.

"O otimista diz: 'Uau, veja só de quantas maneiras nós podemos controlar esses estados eletrônicos, isto pode gerar tecnologias totalmente novas!' O pessimista diz, 'Oh-oh, olha só quanta coisa pode perturbar o comportamento do grafeno'," brinca o Dr. Michael Crommie, da equipe de Berkeley.

Entre defeitos e incertezas, apenas uma coisa parece certa: os otimistas continuarão trabalhando.

Os defeitos do grafeno também estão por trás de um novo campo de pesquisas, chamado Valetrônica,

Bibliografia:

Grain boundary loops in graphene
E. Cockayne, G. Rutter, N. Guisinger, J. Crain, P. First, J. Stroscio
Physical Review Letters
May 2011
Vol.: 83, 195425 (2011)
DOI: 10.1103/PhysRevB.83.195425

Nanotubos fluorescentes simulam transparência de animal vivo

Transparência simulada

Pesquisadores da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, criaram uma nova técnica de imageamento que usa nanotubos de carbono fluorescentes para enxergar dentro do corpo de um animal vivo.

Permitindo enxergar até vários centímetros dentro do corpo de um animal de laboratório, a técnica tem um impacto direto no desenvolvimento de novos medicamentos.

Uma fase essencial nas pesquisas de novos medicamentos envolve o teste dos candidatos a fármacos em animais. E, para ver os efeitos dessas drogas é essencial ver o comportamento dos órgãos dos animais vivos.

As técnicas atuais usam contrastes que produzem imagens com profundidade na casa dos milímetros.

A nova técnica alcança vários centímetros com grande precisão - e centímetros, no caso do corpo de um camundongo, significa praticamente ter uma imagem tridimensional de todo o seu interior, quase como se ele fosse transparente.

Rastreador de medicamentos

"Nós já usamos nanotubos de carbono similares para transportar medicamentos para tratar câncer nos testes com animais de laboratório, mas é necessário saber onde o medicamento realmente chegou, certo?" explica o Dr. Hongjie Dai, coordenador da pesquisa.

"Com os nanotubos fluorescentes, nós podemos despachar os medicamentos e gerar imagens simultaneamente, em tempo real, para avaliar a precisão da droga em atingir seu alvo," explica.

Depois de injetados na corrente sanguínea, os nanotubos fluorescem sob a ação da luz de um laser de baixa potência dirigido sobre o animal. Os raios re-emitidos, na faixa do infravermelho próximo, são capturados por um sensor especial.

A vantagem em relação aos contrastes atuais está justamente nessa frequência de fluorescência. Os tecidos biológicos fluorescem naturalmente em um comprimento de onda de 900 nanômetros, que é a mesma faixa dos corantes fluorescentes orgânicos biocompatíveis.

Isso significa que a imagem gerada tem uma fluorescência de fundo, gerada pelos próprios tecidos, que torna a imagem borrada e de pouco uso quando se necessita de alta precisão.

Os nanotubos usados pela equipe fluorescem entre 1.000 e 1.400 nanômetros, praticamente eliminando esse "ruído de fundo".

Parece transparente

A imagem recebe um pós-tratamento em computador, por meio de uma técnica chamada análise de componente principal, que permite um mapeamento muito preciso dos órgãos internos do animal separando as pequenas diferenças de fluorescência entre nanotubos com diversas propriedades, que são misturados na injeção.

"Quando você olha para essas imagens, parece que o animal adquiriu uma espécie de transparência," diz Dai.

Como a medicação está agregada aos nanotubos, a imagem mostra exatamente onde o medicamento está atuando, acelerando muito as pesquisas.

Bibliografia:

Deep-tissue anatomical imaging of mice using carbon nanotube fluorophores in the second near-infrared window
Kevin Welsher, Sarah P. Sherlock, Hongjie Dai
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: 108 (22) 8943-8948
DOI: 10.1073/pnas.1014501108

Cientistas descobrem super-átomo com escudo magnético

Uma equipe de cientistas da Universidade da Virgínia, nos Estados Unidos, descobriu uma nova classe de "super-átomos" com características magnéticas absolutamente incomuns.

Os super-átomos são um conjunto estável de átomos que podem imitar os diferentes elementos da tabela periódica.

Sua funcionalidade é tão promissora que os cientistas já falam em criar uma tabela periódica de super-átomos, formada por esses "elementos aglomerados".

Magnésio magnético

O novo super-átomo agora descoberto contém átomos magnetizados de magnésio, um elemento tradicionalmente considerado como não-magnético.

O caráter metálico do magnésio, juntamente com esse magnetismo implantado, tem potencial para ser usado em componentes eletrônicos moleculares para uma próxima geração de processadores mais rápidos, memórias magnéticas de maior capacidade e atécomputadores quânticos.

O magnetismo é implantado formando um aglomerado de oito átomos de magnésio e um átomo de ferro.

O super-átomo tem um momento magnético de quatro magnetons Bohr, o que é quase o dobro de um átomo de ferro em ímãs de ferro maciço. Embora a tabela periódica tenha mais de cem elementos, existem apenas nove elementos que apresentam caráter magnético em forma sólida.

Seletividade do spin

"A combinação dos atributos magnético e de condução é muito atraente. O magnésio é um bom condutor de eletricidade e, portanto, o superátomo combina os benefícios do caráter magnético juntamente com a facilidade de condução de energia através de sua camada exterior," disse ele.

Mas há algo mais no super-átomo, tão ou mais interessante do que seu magnetismo- condutividade: o elemento combinado apresenta uma seletividade quanto ao spin dos elétrons, permitir que elétrons com spins com uma orientação específica se distribuam ao redor do super-átomo.

"Uma combinação como a que nós criamos pode levar a avanços significativos na área da eletrônica molecular, onde esses dispositivos permitem que o fluxo de elétrons com a orientação de spin desejada para aplicações como os computadores quânticos. Espera-se que esses dispositivos moleculares também ajudem a tornar os dispositivos integrados mais densos," disse Jose Ulises Reveles, coautor da pesquisa.

Outra área natural de aplicação desses super-átomos e suas conchas magnéticas é na spintrônica, na qual o spin dos elétrons individuais substitui os fluxos de corrente para representar os 0s e 1s binários.

• Eletrônica molecular e spintrônica convergem em molécula orgânica

Elemento estável

"Um objetivo importante era descobrir qual a combinação de átomos levaria a uma espécie estável, já que combinamos várias unidades diferentes," conta Shiv Khanna, que coordenou a equipe.

Normalmente um átomo é mais estável quando sua camada externa de elétrons está completa e bem separada das camadas não completas, como ocorre com os gases inertes.

Khanna explica que esse fenômeno geralmente ocorre com elétrons emparelhados que são não-magnéticos, mas, neste estudo, o escudo magnético eletrônico mostrou estabilidade. Isto ocorreu porque a concha externa de elétrons do super-átomo ficou separada das camadas não totalmente preenchidas dos átomos individuais.

Em 2009, uma equipe internacional construiu um super-átomo magnético, mas usando césio, e sem as características de filtragem de spin verificadas agora.

Bibliografia:

Hund's rule in superatoms with transition metal impurities
Victor M. Medel, Jose Ulises Reveles, Shiv N. Khanna, Vikas Chauhan, Prasenjit Sen, A. Welford Castleman
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: Published online before print
DOI: 10.1073/pnas.1100129108

IBM apresenta primeiro circuito integrado de grafeno

Cientistas da IBM apresentaram o primeiro circuito integrado feito com componentes de grafeno.

Embora muito simples, a demonstração é um passo importante na transição do grafeno da categoria de material promissor para material útil.

Chip de grafeno

Em 2009, um grupo do MIT havia construído um chip de grafeno, bastante rudimentar, mas mostrando que seria possível utilizar as folhas de carbono com apenas um átomo de espessura em conjunto com componentes da eletrônica tradicional.

Em 2010, um outro grupo da própria IBM construiu um transístor de grafeno que bateu o recorde mundial de velocidade, operando a 300 GHz.

Agora, Phaedon Avouris e seus colegas construíram um circuito integrado de verdade, usando equipamentos industriais e componentes de grafeno.

O circuito consiste de um único transístor de grafeno com um par de indutores integrados em uma pastilha de carbeto de silício (SiC).

Pensando diferente

O maior avanço desse pequeno circuito está no desenvolvimento de uma técnica para fixar o grafeno no silício, já que vinha sendo difícil convencê-lo a aderir nos metais ou nos óxidos usados pela indústria eletrônica.

Avouris e seus colegas tiveram uma ideia genial: em vez de fabricar o grafeno e depois fixá-lo sobre o silício, eles pegaram o carbeto de silício, que é formado de silício e carbono, e retiraram o silício da camada superficial, deixando apenas os átomos de carbono, que formaram o grafeno.

A litografia fez o resto, desenhando o transístor no grafeno que já nasceu fixado no silício.

Os indutores - ou bobinas - foram construídos de alumínio diretamente sobre a pastilha. Uma camada de 120 nanômetros de dióxido de silício, depositado por evaporação, isola as voltas das bobinas do restante do circuito.

Misturador de frequências

O circuito funciona como um misturador de frequências, operando a 10 GHz. Misturadores de frequência são utilizados em sistema de comunicação por rádio como, por exemplo, nas redes de comunicações sem fios.

O próximo passo da pesquisa será otimizar o transístor, para que ele opere em velocidades mais altas, e projetar circuitos mais complexos.

É grande a expectativa na indústria para a construção de circuitos híbridos, incluindo componentes feitos com os semicondutores tradicionais e componentes feitos com grafeno.

Bibliografia:

Wafer-Scale Graphene Integrated Circuit
Yu-Ming Lin, Alberto Valdes-Garcia, Shu-Jen Han, Damon B. Farmer, Inanc Meric, Yanning Sun, Yanqing Wu, Christos Dimitrakopoulos, Alfred Grill, Phaedon Avouris, Keith A. Jenkins
Science
10 June 2011
Vol.: 332 no. 6035 pp. 1294-1297
DOI: 10.1126/science.1204428

Nanopartículas para uma água pura.

Pesquisadores canadenses indicam que um procedimento, barato, seria particularmente útil em situação de urgência, em caso de sinistros, por exemplo, para limitar a propagação de doenças como a gastroenterite ou o cólera.

Derek Gray, professor de química na Universidade MacGill (Canadá), e sua aluna de terceiro ciclo, Theresa Dankovich, recobriram com nanopartículas de prata folhas de papel poroso e absorvente. A seguir, aspergiram sobre o papel água contendo bactérias E. coli e E. faecalis, conhecidas por causar graves infecções e mesmo a morte.

O filtro conseguiu matar praticamente todas as bactérias e produzir uma água que satisfazia às normas afeitas à água potável, afirmam os pesquisadores.

Explicam que o papel é recoberto com uma baixa quantidade de prata. As nanopartículas ficam "presas" no papel, enquanto a água passa através deste.

Os pesquisadores devem, no entanto, fazer o teste de campo deste dispositivo para saber sua verdadeira eficácia e aperfeiçoá-lo.

Ainda neste começo de ano, pesquisadores israelenses anunciaram ter produzido um material de embalagem alimentar, antibacteriano, fabricado com a ajuda de nanopartículas de prata.

Synchro (Tradução - MIA).

Microscópio óptico enxerga vírus pela primeira vez

Nanoscópio

Cientistas criaram um novo microscópio que quebra o recorde de menor objeto que o olho humano consegue ver, superando o limite da difração da luz.

Até agora, um microscópio óptico comum só conseguia visualizar claramente objetos com cerca de um micrômetro - 0,001 milímetro.

Combinando um microscópio óptico com uma microesfera transparente - batizada de nanoscópio de microesfera -, pesquisadores da Universidade de Manchester, no Reino Unido, demonstraram ser possível enxergar diretamente coisas muito menores.

O novo microscópio consegue focar objetos várias vezes menores do que o limite atual, alcançando um recorde de visualização ao focar diretamente uma estrutura medindo 50 nanômetros (5 x 10^-8 metro) sob luz normal.

Isto significa que, pela primeira vez, o homem conseguirá enxergar dentro das células e examinar a ação direta dos vírus, eventualmente desvendando seus mecanismos de ação.

Avanços nos microscópios ópticos

Os microscópios eletrônicos permitem distinguir estruturas ainda menores, mas dão uma visão apenas da superfície dos objetos sendo analisados, e não são adequados para observar visualmente coisas vivas, como a ação de um vírus em tempo real dentro de uma célula.

Várias técnicas vêm sendo desenvolvidas ao longo dos anos para quebrar o limite da difração da luz e permitir a visualização direta de objetos menores do que o comprimento de onda da luz visível.

• Microscópio óptico dobra de resolução, com imagens coloridas em 3D
• Microscópio óptico agora consegue visualizar moléculas individuais em tempo real
• Microscópio óptico vence a barreira do comprimento de onda da luz visível

A nova técnica, contudo, é muito mais direta, seguindo uma rota totalmente óptica.

E, segundo os pesquisadores, essa técnica inovadora não possui limites teóricos para as menores dimensões que podem ser visualizadas, o que acena para microscópios ópticos ainda mais poderosos no futuro.

Imagens virtuais

O novo sistema de nanoimageamento é baseado na captura de imagens ópticas virtuais de campo próximo, que estão livres da difração, e ampliá-las através de uma minúscula partícula esférica.

• Superlente que esculpe a luz poderá viabilizar transmissão de eletricidade sem fios

Numa segunda etapa, ao sair do nanoscópio de microesfera, as imagens são novamente amplificadas por um microscópio óptico comum.

"Este é um recorde mundial em termos da resolução alcançada por um microscópio óptico por meio de imageamento direto sob uma fonte de luz que cobre toda a gama do espectro óptico," afirmou o Dr. Lin Li, que criou o novo microscópio em conjunto com seus colegas de Cingapura.

"Ver diretamente dentro de uma célula sem usar contrastes e ver vírus em ação diretamente pode revolucionar a forma como as células são estudadas e nos permitirá examinar de perto os vírus pela primeira vez," completou.

Bibliografia:

Optical virtual imaging at 50 nm lateral resolution with a white-light nanoscope
Zengbo Wang, Wei Guo, Lin Li, Boris Luk'yanchuk, Ashfaq Khan, Zhu Liu, Zaichun Chen, Minghui Hong
Nature
1 March 2011
Vol.: 2, 218
DOI: 10.1038/ncomms1211

Primeiro Laboratório de Nanofabricação inaugura em Portugal

O primeiro Laboratório de Nanofabricação, em Portugal, como resultado da bolsa de investigação avançada, concedida pelo Conselho Europeu de Investigação (European Research Council‐ERC) à investigadora Elvira Fortunato, inaugura no próximo dia 28 de Fevereiro, no Campus da Caparica da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa (FCT‐UNL).

O espaço propõe propiciar grandes avanços no domínio das Nanotecnologias, quer ao nível da potenciação das propriedades dos materiais à nano escala, quer no desenvolvimento de novos materiais e produtos, incluindo dispositivos electrónicos.

A equipa de investigação responsável, liderada por Rodrigo Martins, tem apostado fortemente, nos últimos anos, na área da electrónica transparente e electrónica de papel – valendo o reconhecimento internacional da equipa e conduzindo a relevantes projectos de investigação.

A visita será acompanhada por uma demonstração prática da assinatura do Presidente da República, Cavaco Silva – presente na apresentação oficial –, numa fibra de celulose (papel) à nano‐escala.

Extraído de:
http://www.cienciahoje.pt/index.php?oid=47503&op=all

Nanolaser sobre silício abre caminho para chips fotônicos

Pesquisadores da Universidade de Berkeley, nos Estados Unidos, desenvolveram uma técnica para construir nanolasers diretamente sobre uma pastilha de silício.

Com a larga aplicabilidade atual dos lasers, a descoberta terá grande impacto em diversas áreas, incluindo a criação de processadores e chips que trocam dados por luz, em vez de eletricidade.

"Nossos resultados impactam uma vasta gama de áreas científicas, incluindo ciência dos materiais, tecnologia de transistores, ciência do laser, optoeletrônica e física óptica," estima Connie Chang-Hasnain, coordenador da pesquisa.

Conexões por luz

As exigências cada vez maiores de desempenho no campo da eletrônica e da informática levaram os pesquisadores a procurar formas de usar a luz em lugar da corrente elétrica, transmitindo mais dados a uma velocidade muito maior.

Hoje, as interconexões ópticas são vistas como a solução mais promissora para resolver os gargalos de comunicação cada vez maiores entre os chips de computador e dentro dos próprios chips, sobretudo dos processadores multinúcleos.

Como o silício, o material que constitui a base da eletrônica moderna, é muito deficiente na geração de luz, os pesquisadores se voltaram para outra classe de substâncias, conhecidas como III-V (pronuncia-se três-cinco) - uma referência à posição que esses elementos ocupam na Tabela Periódica.

Os materiais III-V estão sendo usados para criar diodos emissores de luz (LEDs) e lasers.

Mas inserir esses componentes nas pastilhas de silício não é uma tarefa fácil porque as estruturas atômicas dos materiais III-V e do silício são incompatíveis.

A inserção até pode ser feita, mas um deles ficará irremediavelmente danificado no processo - o crescimento dos componentes feitos com os materiais III-V normalmente é feito a temperaturas na faixa dos 700 graus Celsius, o que destrói qualquer circuito eletrônico à base de silício.

E com os investimentos maciços nas fábricas atuais, é muito mais fácil tentar trabalhar junto com o silício do que simplesmente querer substituí-lo.

Nanolaser

Agora, os pesquisadores encontraram uma maneira de cultivar nanopilares de arseneto de índio-gálio - ou InGaAs, um dos mais usados materiais III-V - em uma superfície de silício, a uma temperatura relativamente fria de 400 graus Celsius.

Os pesquisadores usaram uma técnica chamada deposição de vapor químico metal-orgânico para cultivar seus nanopilares sobre a pastilha de silício, criando um nanolaser, um laser em escala nanométrica.

"Esta técnica é viável para a produção em massa, uma vez que esse sistema já é utilizado comercialmente para produzir células solares de película fina e diodos emissores de luz," afirma Chang-Hasnain.

Uma vez que o nanopilar foi construído, os pesquisadores demonstraram que ele é capaz de gerar luz laser na faixa do infravermelho próximo - com um comprimento de onda de 950 nanômetros - a temperatura ambiente.

A geometria hexagonal da estrutura cristalina do nanopilar desempenha um papel crucial para transformá-lo em um nanolaser, ao criar uma cavidade óptica que captura a luz de forma muito eficiente.

A luz circula para cima e para baixo no nanolaser, seguindo uma rota helicoidal, amplificando-se por meio desse mecanismo de feedback óptico.

Nanofotônica

As minúsculas dimensões dos nanopilares - com extremidades menores do que o comprimento de onda, em alguns casos - tornam possível acondicioná-los em espaços muito pequenos, com a vantagem de que eles consumem muito pouca energia.

Já nascendo miniaturizados, e sobre uma pastilha de silício, os nanolasers têm todo o potencial para serem incorporados em circuitos de interconexão óptica.

"Em última instância, esta técnica pode fornecer uma nova rota de desenvolvimento para construir componentes nanofotônicos no interior de chips, tais como lasers, fotodetectores, moduladores e células solares," disse Chen.

Bibliografia:

Nanolasers grown on silicon
Roger Chen, Thai-Truong D. Tran, Kar Wei Ng, Wai Son Ko, Linus C. Chuang, Forrest G. Sedgwick, Connie Chang-Hasnain
Nature Photonics
06 February 2011
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nphoton.2010.315

Módulo didático sobre Nanociência

O módulo apresentado abaixo, serve para implementações em sala de aula, bem como para instrução de alunos e professores.

Click no link abaixo da figura, para baixar.

Você pode baixar pelo site da UNIFRA

Módulo didático


Ou pelo site de Ensino de Nanociência

Bom trabalho.

Qualquer informação adicional, favor entrar em contato.

pfandd@gmail.com

"Fumaça sólida" é fabricada com nanotubos de carbono

Extraido de LQES NEWS

Mais leve e condutor

Reconhecido como a substância sólida mais leve que existe, o aerogel tem inúmeras aplicações, da ciência espacial à biologia,

Conhecido como fumaça congelada, ou fumaça sólida, o aerogel é também um isolante térmico quase perfeito.

Mas tudo pode ser melhorado.

Cientistas da Universidade da Flórida, nos Estados Unidos, acabam de desenvolver uma nova forma de aerogel ainda mais leve, com elevada resistência e uma área superficial incrivelmente grande.

O chamado aerogel de nanotubos de carbono de paredes múltiplas poderá ser usado em sensores para detectar poluentes e substâncias tóxicas, reatores químicos e, agora, graças às propriedades dos nanotubos de carbono, em componentes eletrônicos.

Ou em sondas espaciais para coletar poeira de estrelas.

Aerogel de nanotubos

Os aerogeles feitos de dióxido de silício - o principal componente da areia comum - e de polímeros orgânicos, já são usados como isolantes térmicos em edifícios, raquetes de tênis, esponjas para limpar vazamentos de petróleo e vários outros produtos.

Mas fabricar um aerogel de nanotubos de carbono é algo que apenas uns poucos cientistas haviam conseguido até agora.

A grande vantagem dos nanotubos é que eles são condutores elétricos, o que abre novas possibilidades de uso da "fumaça congelada".

Por exemplo, os testes mostraram que um sensor construído com o novo aerogel é capaz de detectar um objeto com massa de 0,099 grama.

Se os nanotubos de carbono usados para fabricar um cubo de 28 gramas de aerogel fossem retirados e postos lado a lado, eles cobririam uma área equivalente a três campos de futebol.

Bibliografia:

Ultralight Multiwalled Carbon Nanotube Aerogel
Jianhua Zou, Jianhua Liu, Ajay Singh Karakoti, Amit Kumar, Daeha Joung, Qiang Li, Saiful I. Khondaker, Sudipta Seal, Lei Zhai
ACS Nano
Vol.: 4 (12), pp 7293-7302
DOI: 10.1021/nn102246a

Remediação de efluentes de indústrias de nanotubos de carbono.

Extraido de LQES NEWS

Não resta a menor dúvida de que os nanotubos de carbono (NTC) constituem um dos materiais mais importantes da nanotecnologia. Tal afirmação pode facilmente ser verificada pelo número de trabalhos acadêmicos - mais de 60.000 e, sobretudo, pelo número de patentes, mais de 25.000 -, realizados com esta nova forma do carbono, desde seu descobrimento por Iijima, em 1991.

Outro ponto que chama a atenção quando se fala de nanotubos de carbono é sua produção mundial: já ultrapassamos 1.300 toneladas/ano de capacidade instalada!

Na maioria de suas aplicações industriais (e mesmo acadêmicas), quando os NTC são formulados com outros materiais (polímeros, tintas, etc.), duas etapas químicas importantes geralmente são realizadas. A primeira é a eliminação dos catalisadores provenientes dos diferentes métodos de síntese. A segunda, a funcionalização dos NTC, visando à sua compatibilidade com diferentes materiais, a qual é, via de regra, iniciada com tratamentos que envolvem o uso de misturas altamente oxidantes, constituídas de ácido nítrico (HNO₃) e ácido sulfúrico (H₂SO₄).

Na segunda etapa, ou seja, na funcionalização, são formados os chamados "débris de oxidação", que são eliminados dos nanotubos de carbono através de lavagem com soluções de hidróxido de sódio. Tal procedimento de separação faz com que o efluente deste processo (solução escura) apresente uma mistura de poliaromáticos - similares aos ácidos húmicos -, e matéria orgânica dissolvida (do inglês, DOM). São bem conhecidos os aspectos negativos da presença destas substâncias na qualidade da água e no seu tratamento.

O processo de remediação, desenvolvido por pesquisadores do LQES, se baseou no uso de argilas sintéticas, que podem sofrer tanto o fenômeno de adsorção (determinada pelas interações eletrostáticas envolvendo a superfície da argila e o débris) quanto as reações de intercalação, típicas dos materiais argilosos (presença de planos lamelares).

O resultado das pesquisas mostrou que o uso deste processo elimina mais de 99% do débris de oxidação, tendo ainda a vantagem de permitir não só a reutilização da argila (após tratamento térmico), como também da solução alcalina pós-tratamento (solução incolor) na extração dos débris (reuso).

O processo desenvolvido pelo LQES - Laboratório de Química do Estado Sólido foi apresentado recentemente (novembro 2010) no Congresso NanoSafe 2010, na seção "Life Cycle of Nanomaterials", realizado em Grenoble, França. O aspecto interessante deste processo é que nanopartículas é que são utilizadas para remediar efluentes de materiais nanoestruturados, ou seja: nanotecnologia "criando soluções de segurança" para a própria nanotecnologia.

Considerando o grande potencial de aplicação industrial deste desenvolvimento, foi depositada pela Unicamp, através de sua Agência de Inovação - INOVA, uma patente nacional (INPI), em maio de 2010, e uma patente internacional (PCT), em novembro de 2010.

Participaram deste desenvolvimento os pesquisadores Diego Stéfani, Natália Valenga Parizotto, Antonio Gomes de Souza Filho (UFC) e Oswaldo Luiz Alves.

Trabalho completo, que aprofunda o estudo dos débris de oxidação, será publicado proximamente pela revista Journal of Hazardous Materials.

LQES NEWS Ano IX, número 210, 17 dezembro 2010 (OLA).

Grafano e Grafeno : os primos se encontram.

Extraido de LQES NEWS
O grafeno tem, agora, um primo que, ao que tudo indica, também promete na nanoeletrônica. Seu nome? Grafano. Predito teoricamente, acaba de ser sintetizado por uma equipe internacional, que conta entre seus membros os descobridores do grafeno. Segundo alguns pesquisadores, ele poderá servir também para armazenar eficazmente o hidrogênio.

Recém-chegado à física do sólido, o grafeno foi fabricado pela primeira vez, em 2004, por dois físicos da Universidade de Manchester. A priori, ele não tem nada de extraordinário, uma vez que a grafite de nossos lápis não é senão o empilhamento dessas folhinhas de átomos de carbono organizadas segundo uma rede hexagonal. Entretanto, quando se lembra que os nanotubos de carbono e os fulerenos não são senão folhas de grafeno enroladas, começa-se a duvidar da importância que esse último possa ter.

Inicialmente ele começou por desafiar os teóricos do teorema de Mermin-Wagner, uma forma rigorosa de um argumento apresentado pelo grande Landau e Rudolf Peierls, para demonstrar a impossibilidade de uma rede cristalina em duas dimensões. Estreitamente ligado às noções de simetrias quebradas, essa teoria da impossibilidade ("no go theorem", em inglês) parecia um obstáculo intransponível. Mas aqui, como em outras áreas, o Universo (a Natureza), ignorando a teoria, a fez com o grafeno! De fato, se a folhinha apresenta ondulações, torna-se estável.

Os experimentalistas não tardaram a encontrar no grafeno impressionantes propriedades eletrônicas e de resistência mecânica, a tal ponto que ele está em vias de se tornar o substituto potencial do silício, na nanoeletrônica do futuro. Poder-se-á produzir, graças a ele, transistores ainda menores e mais rápidos.


Do grafeno a hidrogênio

Hoje, os dois descobridores do grafeno, em 2004, André Geim e Kostya Novoselov, acabam de estender ainda mais o campo das aplicações do grafeno, encontrando o meio de acrescentar a ele átomos de hidrogênio. Por analogia com os alcanos, as moléculas de carbono hidrogenadas como o metano ou o propano, chamou-se grafano a esse novo material.

O material tinha sido predito teoricamente há algum tempo por Jorge Sofo. A estrutura produzida lembra a do diamante e, como esperado, o grafano é também um isolante. Os circuitos eletrônicos são "montagens" de condutores e de isolantes e é interessante avaliar, numa perspectiva de futuro próximo, a obtenção em quantidade suficiente de componentes desse gênero, a partir de um único material de base. Assim, os pesquisadores pensam partir de uma folha de grafano que poderá ser, de algum modo, "riscada" com uma ponta apropriada liberando átomos de hidrogênio. Serão produzidos desta maneira verdadeiros circuitos condutores em grafeno traçados sobre o grafano. De forma mais geral, o grafano poderia conter zonas condutoras, semicondutoras e isolantes. Não estamos lá ainda...

Outra aplicação interessante é que o processo de fixação de átomos de hidrogênio com o auxílio de uma corrente de gás e descargas elétricas sobre o grafeno pode ser invertida simplesmente aquecendo-se o grafano. Do ponto de vista da potência, ter-se-ia aqui um material que permitiria armazenar, num pequeno volume, grandes quantidades de hidrogênio, facilmente liberável. Isso seria um avanço-chave para veículos que funcionassem com hidrogênio, levando a uma maior segurança e confiabilidade.
O problema é que: se é possível fabricar facilmente o pó de grafeno, folhinhas de alguns centímetros quadrados custam somas astronômicas, ultrapassando grandemente um milhão de dólares. Vê-se, portanto, que restam ainda numerosos obstáculos a serem transpostos, antes que o grafeno e o grafano se tornem realmente materiais providenciais para nossa vida quotidiana.

Futura-Science, 06 de fevereiro, 2009 (Tradução - MIA).

Nota do Scientific Editor: o trabalho que deu origem a esta notícia: "Control of graphene's properties by reversible hydrogenation", de autoria de D. C. Elias, R. R. Nair, T. M. G. Mohiuddin, S. V. Morozov, P. Blake, M. P. Halsall, A. C. Ferrari, D. W. Boukhvalov, M. I. Katsnelson, A. K. Geim e K. S. Novoselov, pode ser acessado no link http://arxiv.org/ftp/arxiv.

Filmes de carbono ou inorgânicos versus filmes de óxido de grafeno : quem vence a parada ?

Extraido de LQES NEWS

Não cessa de crescer o interesse dado ao grafeno por suas propriedades eletrônicas e moleculares. Pesquisadores da Northwestern University (Illinois, EUA) desenvolveram um filme flexível e resistente composto de folhas de óxido de grafeno.

O óxido de grafeno é obtido pelo tratamento de amostras de grafite, oxidadas em meio aquoso. O óxido de grafite conserva sua estrutura original lamelar, mas cada plano comporta grupos hidroxilas e epóxidos que os torna hidrófilos, de sorte que as moléculas de água podem se intercalar facilmente entre as camadas. Aquecendo as amostras hidratadas, provoca-se a "laminação" das camadas sob o efeito da evaporação da água. As folhas de grafeno obtidas são, a seguir, filtradas sob vácuo, através de uma membrana, na superfície da qual elas se acumulam para formar um filme da espessura de alguns mícrons.

Os testes de tensão e de flexão do filme mostram que as interações entre as folhas de grafeno permitem que o filme seja mais resistente que os filmes à base de carbono ou de compostos inorgânicos.

Northwestern University (http://www.mccormick.northwestern.edu), consultado em 08 de agosto de 2007 (Tradução - MIA).

Nota do Scientific Editor: o trabalho que deu origem a esta notícia, de título "Preparation and characterization of graphene oxide paper", de autoria de Dmitriy A. Dikin, Sasha Stankovich et all, foi publicado na revista Nature, volume 448 (julho 2007).

Os segredos do nascimento dos fulerenos são revelados.

Extraido de LQES NEWS

Após sua descoberta, em 1985, os fulerenos, moléculas em forma de bola de futebol, continuam fascinando químicos e físicos. Pesquisadores da Universidade de Rice (EUA), utilizando um microscópio eletrônico, descobriram que essas moléculas se formavam segundo as teorias propostas e as simulações numéricas realizadas.

O mais famoso dos fulerenos, e a primeira molécula desse tipo, descoberta na Universidade de Rice por Richard Smalley e seus colegas, é uma molécula de C₆₀, portanto com 60 átomos de carbono, formando uma rede que lembra uma bola de futebol ou ainda as famosas cúpulas geodésicas imaginadas pelo arquiteto visionário americano Richard Buckminster Fuller.
Aliás, o termo fulereno deriva de seu nome, empregando-se também em inglês o termo buckyball, para falar dos fulerenos em geral, assim como Buckminsterfullerene para a molécula C₆₀.

Os fulerenos são casos particulares de grafeno e, como eles, são susceptíveis de numerosas aplicações interessantes, principalmente em relação com os nanotubos de carbono. A Academia Sueca não se enganou ao ter entregue o Prêmio Nobel de Química de 1996 a seus descobridores.

Boris Yakobson e Jianyu Huang se dedicaram recentemente a compreender melhor como essas moléculas podiam se formar, inicialmente por simulações numéricas, depois estudando com um microscópio eletrônico o que se passa no interior de um nanotubo de carbono de 10 nanômetros de largura, mantido à temperatura constante.
Conforme as teorias propostas por Richard Smalley e seus colegas, os fulerenos deviam se formar em alta temperatura, a partir de milhares de átomos de carbono. Estes, então, se juntariam para formar folhinhas de grafeno que, sob a ação da agitação térmica, se resfriariam, se dobrariam sobre si mesmos a fim de se "despedaçarem", para não deixarem senão estruturas mais estáveis em razão de sua forma esférica.

Os autores verificaram que, um grande fulereno, formado de pelo menos 2000 átomos, se forma em um nanotubo, a partir de folhinhas de grafeno, e rapidamente "se encolhe" para dar, provavelmente, fulerenos menores, exatamente segundo o processo predito pelos pesquisadores.

Compreendendo melhor sua síntese, os pesquisadores poderão, no futuro, fabricar como desejarem o tipo de fulereno melhor apropriado às suas aplicações.

Futura (http://www.futura-sciences.com), consultado em 02 de novembro, 2007 (Tradução - MIA).

Transistores de grafeno já podem funcionar em temperatura ambiente.

Extraido de LQES NEWS

Pesquisadores da Universidade de Stanford desenvolveram um novo método químico para produzir nanofitas de grafeno (Graphene nanoribbons, GNR) para fabricar transistores de efeito de campo funcionando à temperatura ambiente. Esses transistores poderão vir a ser utilizados nos computadores de altas performances, mais rápidos, com produção menor de calor. À medida que a gravação dos circuitos em silício se aproxima de alguns nanômetros, os efeitos quânticos surgem. Nessa escala, os elétrons se comportam diferentemente e comprometem as qualidades semicondutoras do silício: o grafeno, assim, tem fortes chances de ser o sucessor do "velho e bom silício".

Existem outros transistores de efeito de campo fabricados com GNR, mas funcionam à temperatura do hélio líquido (4,2 Kelvins). O que realmente faz a diferença é a largura das fitas: quanto mais largas forem, mais baixa deve ser a temperatura de funcionamento, o que, evidentemente, é um fator extremamente limitante para sua fabricação em grande escala. As fitas fabricadas pela equipe dirigida pelo Dr. Hongjie Dai têm menos de 10 nm de largura. As experiências de transporte elétrico mostraram que, contrariamente aos nanotubos de carbono de parede simples, todos os GNR de larguras inferiores a 10 nm produzidos eram semicondutores e permitiam uma razão On-Off de 1:10.000.000, à temperatura ambiente. A razão On-Off é a diferença de corrente que atravessa o transistor quando está em posição On e em posição Off. É necessária uma relação muito alta para que o material possa ser utilizado como transistor, senão é dificil diferenciar eletronicamente se o transistor está em estado On ou Off.

O grafeno surgiu há quatro anos como um material muito promissor para aplicações em eletrônica, graças notadamente à grande mobililade dos seus portadores. Teorias recentes predisseram que o confinamento quântico e os efeitos de borda conferem às GNRs suficientemente estreitas uma banda proibida (gap) que lhe permite atuar como semicondutores.
Para fabricar essas fitas, a equipe exfoliou o grafite extensível, aquecido a 1.000 graus Celsius, durante um minuto, em argônio contendo 3% de hidrogênio. O grafite exfoliado é decomposto em uma solução química, via ultrasons, durante 30 minutos. Através da centrifugação, os substratos formados durante o banho a ultrasons são recuperados. A microscopia de força atômica (AFM) coloca em evidência numerosas GNRs de uma única camada de 50 nm com menos de 10 nm de largura, e de comprimento de cerca de 1 micrômetro. Os transistores FET GNR foram fabricados com paládio para a realização dos contatos metálicos da fonte e do dreno. Os transistores permitem até 200 microampéres/micrômetro (para um comprimento de 200 a 300 nm) a 0,5 volts de tensão dreno-fonte. Os pesquisadores pensam melhorar essas performances, já promissoras, otimizando os contatos e reduzindo o comprimento do canal.

Outras extruturas de grafeno são exploradas para fazer nanotransmissores. Uma equipe da The School of Physics and Astronomy, da Universidade de Manchester, utilizou a litografia de feixe de elétrons para fabricar o menor transistor do mundo (1 átomo de espessura e 10 átomos de comprimento) "entalhando" folhinhas de grafeno. Os resultados obtidos são impressionantes, mas dificilmente concebíveis em grande escala. Certamente, as nanofitas descritas em trabalhos anteriores são maiores, mas sua técnica de fabricação é mais simples.

Resta ver qual técnica será utilizada quando o silício "se aposentar" dos circuitos eletrônicos, ou seja : quando as dimensões ultrapassarem a marca dos 10 nm.

Science (http://www.sciencemag.org/), consultado em 17 junho, 2008 (Tradução - MIA).


Nota do Scientific Editor: a publicação que deu origem a esta notícia foi veiculada sob o título "Chemically Derived, Ultrasmooth Graphene Nanoribbon Semiconductors", de autoria de X. Li, X. Wang, Li Zhang, S. Lee and H. Daí, na revista Science, volume 319, no. 5867, págs. 1229-1232, de 2008.