Definição
A nanotecnologia é um campo de pesquisa e inovação voltado para a construção de “coisas” – geralmente materiais e dispositivos – na escala de átomos e moléculas.
Um nanômetro é um bilionésimo de metro: dez vezes o diâmetro de um átomo de hidrogênio.
O diâmetro de um cabelo humano é, em média, 80.000 nanômetros.
Em tais escalas, as regras comuns da física e da química não se aplicam mais.
Por exemplo, as características dos materiais, como cor, resistência, condutividade e reatividade, podem diferir substancialmente entre a nanoescala e a macro.
Os nanotubos de carbono são 100 vezes mais fortes que o aço, mas seis vezes mais leves.
O que é
Nanotecnologia é a disciplina científica, teórica e de engenharia associada a construções tecnológicas cujas dimensões são medidas em nanômetros ou bilionésimos de metro.
Um exemplo seria o estudo e a aplicação de nanotubos de carbono, minúsculos tubos de carbono de alguns nanômetros (aproximadamente 1/50.000 da largura de um cabelo humano), com comprimentos que variam de algumas dezenas de nanômetros a alguns milímetros. Os nanotubos de carbono são o material mais forte e rígido já descoberto na Terra, 500 vezes mais forte e dez vezes mais leve que o aço.
Para apreciar o valor da nanotecnologia, é preciso perceber que praticamente toda a tecnologia na história da civilização foi construída em completa ignorância de suas propriedades em nanoescala. No entanto, essas propriedades exercem uma enorme influência sobre as características gerais de um material na macroescala.
Por exemplo, as armaduras metálicas modernas geralmente têm trilhões de minúsculos orifícios em nanoescala e deformações, devido à imprecisão do processo de fabricação. Em conjunto, esses pequenos orifícios diminuem sensivelmente a resistência do material, facilitando a penetração de uma bala ou explosão. Se a armadura fosse fabricada com precisão em nanoescala, ela poderia ser feita várias vezes mais eficaz.
O estudo dessas propriedades se enquadra no domínio da nanotecnologia.
Além de trabalhar em como tornar os materiais a granel mais fortes ou mais úteis, a nanotecnologia também se concentra em pequenas máquinas ou estruturas.
Por exemplo, os transistores no computador que você está usando no momento têm provavelmente menos de 50 nanômetros de distância um do outro, projetados para maximizar o espaço disponível. Em um futuro próximo, os projetos de circuitos começarão a se opor aos limites da miniaturização usando o paradigma atual, forçando a mudança para outra abordagem. Os cientistas da nanotecnologia estão estudando exatamente isso, e bilhões de dólares são despejados no campo todos os anos.
O objetivo final da nanotecnologia é o controle preciso da estrutura da matéria. Com o melhor dispositivo de fabricação nanotecnológica, pode-se converter a sujeira em bifes finos, usando redes de manipuladores em nanoescala que reorganizam as moléculas de carbono no padrão adequado. Os átomos de ambos são os mesmos – muito carbono – apenas seu arranjo é diferente.
A nanotecnologia avançada pode nos permitir construir dispositivos médicos em nanoescala que nadam através de nossas artérias, removendo a placa bacteriana e reparando os danos nos tecidos.
Tais máquinas podem um dia nos permitir viver indefinidamente, simplesmente reparando os danos causados pelo envelhecimento antes que ele tenha a chance de se acumular e se tornar fatal.
Qual é a diferença entre nanotecnologia e nanociência?
O prefixo nano vem do grego nanos, que significa anão. Um único nanômetro é um bilionésimo de metro.
Os termos nanotecnologia e nanociência estão intimamente associados e às vezes são confusos.
Nanociência refere-se especificamente ao estudo de objetos que são muito pequenos e estão na faixa de dez a centenas de nanômetros. Nanotecnologia, por outro lado, é a manipulação, aplicação e uso reais de objetos e matéria do tamanho de nanômetros e matéria para produzir fenômenos diferentes, ou para tecnologias e aplicações específicas.
Nanoescala refere-se a qualquer coisa que esteja no tamanho específico que é estudado ou usado para nanotecnologia e nanociência. A olho nu não é possível ver itens em nanoescala, então tecnologia especializada é usada para estudar esses pequenos objetos. É muito difícil para a maioria das pessoas entender o quão pequeno é um nanômetro. Para referência, uma folha de papel de caderno padrão tem uma espessura de aproximadamente 100.000 nanômetros, que é 0,0039 polegadas (0,009906 cm).
Quando algo é reduzido à nanoescala, sua cor, bem como as propriedades específicas que normalmente possui em um tamanho maior, são frequentemente alteradas.
A nanociência estuda essas mudanças em um objeto e suas novas propriedades. Nanotecnologia e nanociência são campos interdisciplinares que combinam física, química e biologia.
Universidades, empresas e governos freqüentemente estudam esses campos, porque acredita-se que as aplicações que possam resultar do estudo em nanoescala possam alterar todos os aspectos da vida.
Acredita-se que as possibilidades sejam infinitas e existem muitos programas de nanociência em todo o mundo. Muitas universidades agora oferecem pós-graduação em nanociência.
Inconscientemente, os seres humanos usam nanotecnologia e nanociência há centenas de anos. A criação de espadas de aço, por exemplo, poderia ser considerada um exemplo de nanotecnologia aplicada.
O aço é uma mistura de vários metais que são alterados no nível atômico através da fundição.
Acredita-se que, explorando a nanociência, as descobertas possam ser aplicadas na nanotecnologia para produzir materiais mais fortes, mais duráveis e mais leves.
Esses novos materiais podem produzir menos desperdício e usar menos energia. Os revestimentos podem ser aplicados em superfícies que tornam os materiais resistentes a arranhões e corrosão.
Os avanços na nanotecnologia e na nanociência podem produzir métodos mais eficazes de administrar medicamentos com menos efeitos colaterais, métodos para purificar o ar e procedimentos que podem reparar tecidos danificados do corpo. O armazenamento de alimentos se beneficiou bastante das descobertas em nanociência. Por exemplo, depósitos de argila do tamanho de nanômetros em recipientes de plástico criam uma barreira impermeável que os gases não conseguem atravessar, preservando melhor os alimentos. Além disso, partículas de prata na nanoescala são frequentemente misturadas a plásticos, porque essas substâncias inibem o desenvolvimento de bactérias em recipientes de armazenamento.
Qual é o papel da nanotecnologia nos computadores?
A nanotecnologia em computadores fornece a necessidade de processos de computador em execução mais rápida a temperaturas mais baixas do que os componentes de computador tradicionais baseados em transistor.
Na computação tradicional, os transistores usaram componentes de silício como um método acessível e de fabricação fácil para fornecer computadores menores e mais rápidos e aparelhos eletrônicos, como netbooks, smartphones e dispositivos de assistente pessoal. Aparelhos tão potentes em um tamanho tão pequeno produzem muito calor, no entanto, reduzindo a eficácia, desempenho e longevidade dos componentes de silício.
A nanotecnologia na computação resolve o dilema do calor, fornecendo potência aprimorada do processador em temperaturas mais baixas e pesos mais leves.
A nanotecnologia em computadores utiliza nanomateriais, pequenas máquinas do tamanho de moléculas que processam informações de maneira semelhante às células intricadas e complexas de um organismo vivo.
Semelhante às células, os nanomateriais existem em um nível microscópico, um nanômetro medindo um bilionésimo de metro ou 1/50.000 da espessura de um cabelo humano. A nanotecnologia na computação opera, portanto, em um nível minúsculo. Os fabricantes de computadores criam longas fileiras microscópicas de átomos de carbono, chamados nanotubos de carbono, em minúsculos transistores que fornecem o dobro do poder de processamento dos chips de silício, enquanto geram muito menos calor e componentes mais leves. Além disso, os aplicativos de nanotecnologia oferecem desempenho mais eficiente, economizando energia e aumentando a vida útil da bateria para dispositivos eletrônicos portáteis menores.
A busca por computadores mais potentes, com maior memória, com pesos mais leves e temperaturas mais baixas é responsável pelo desenvolvimento da nanotecnologia em computadores. Além de maior poder de processamento, a nanotecnologia em computadores está fornecendo meios avançados de armazenamento de memória. O “nanodot”, com sua capacidade de condensar grandes quantidades de dados em um compartimento bem compactado, pode eventualmente substituir o disco rígido. Os nanomateriais são geralmente mais caros que os materiais de silício, mas o aumento da demanda supera a preocupação econômica.
Com o desenvolvimento do transistor após a Segunda Guerra Mundial, os eletrônicos de consumo explodiram em popularidade. Dentro de quatro décadas, o computador pessoal nasceu.
Como um dispositivo de desktop volumoso, não havia necessidade imediata de portabilidade em computadores. Os ventiladores dentro da caixa do computador, um ingrediente necessário para manter os transistores e outras peças do computador refrigerados, devoravam um espaço precioso. No entanto, como esses primeiros computadores estavam estacionários, os fabricantes não viram nenhuma necessidade real de reduzir o tamanho das máquinas.
O desenvolvimento do telefone celular e dos pequenos dispositivos de computador criou a necessidade de meios mais inteligentes e eficientes para a realização de processos de computação.
O chip de silício atendeu à demanda por computação mais rápida. À medida que os dispositivos diminuíam e os consumidores solicitavam uma tecnologia mais poderosa, o calor produzido pelos componentes de silício sobrecarregava os dispositivos eletrônicos. A ciência da computação desenvolveu a nanotecnologia, ou nanotecnologia, para acomodar a necessidade de dispositivos menores operando em temperaturas mais baixas e velocidades mais rápidas.
Quais são os diferentes tipos de aplicações de nanotecnologia?
Nanotecnologia é a ciência e a criação de materiais em nível molecular. As aplicações de nanotecnologia são usadas em medicina, química, meio ambiente, empresas de energia e comunicação.
Seja através da educação em nanotecnologia ou aplicação de nanotecnologia, essa ciência continua a evoluir e a encontrar mais usos na vida cotidiana.
O uso de nanotecnologias na medicina proporcionou muitos avanços médicos. Algumas das aplicações de nanotecnologia médica são para diagnóstico. Eles são usados para ajudar na identificação do DNA e na detecção de seqüências genéticas.
Outros usos da nanotecnologia na medicina são na administração de medicamentos e na engenharia de tecidos. A administração de medicamentos pode ajudar no tratamento do câncer, administrando medicamentos via implante versus as injeções tradicionais. A engenharia de tecidos é uma nova nanotecnologia e envolve a reparação ou reprodução artificial de tecidos danificados.
O uso da nanotecnologia molecular na química e no meio ambiente já resultou em benefícios positivos. A catálise química é um processo de redução de poluentes usando um reagente ou catalisador.
Isso pode ser especialmente útil se usado em células de combustível de veículos ou conversores catalíticos para reduzir as emissões do carro.
A filtragem é outra das aplicações da nanotecnologia que pode ajudar o meio ambiente. Buracos extremamente pequenos na filtragem, conhecidos como nanofiltração, removem íons para tratamento de águas residuais ou purificação do ar. Furos um pouco maiores são usados em um tipo de filtragem chamado ultrafiltração e sua aplicação atual é para diálise renal.
Muitas empresas municipais de energia também são empresas de nanotecnologia porque usam nanotecnologia em suas aplicações de energia. Um exemplo é a melhoria da produção de energia através do uso de células solares.
Atualmente, essas células solares convertem apenas aproximadamente 40% da energia do sol, mas a nanotecnologia deve ser capaz de aumentar a quantidade de energia adquirida.
Também existem estudos que investigam maneiras de aumentar a vida útil da bateria. Esses estudos estão usando aplicações de nanotecnologia, como super capacitores.
A intenção é reduzir o número de baterias que vão para aterros e potencialmente contaminar as águas subterrâneas e o solo.
A comunicação também se beneficiou do uso de aplicações de nanotecnologia.
A memória do computador aumentou significativamente e as velocidades dos semicondutores são muito mais rápidas com desenvolvimentos adicionais em nanotecnologia.
Essas melhorias levaram a avanços na velocidade com que as informações podem ser compartilhadas e na quantidade de dados que podem ser analisados.
Sem aplicações de nanotecnologia, muitos dos displays a laser usados hoje não seriam possíveis.
O futuro das aplicações de nanotecnologia também pode incluir melhorias adicionais na velocidade na qual os dados podem ser computados.
Isso daria aos computadores a capacidade de realizar um grande número de cálculos simultaneamente.
Quais são os diferentes usos da nanotecnologia?
A nanotecnologia geralmente se refere ao estudo do controle da matéria nos níveis atômico, molecular ou subatômico, com a intenção de produzir novas tecnologias. Partículas nesses níveis, como átomos, podem ser reorganizadas pelos cientistas para qualquer número de usos possíveis da nanotecnologia. Isso pode incluir o aumento da qualidade geral dos produtos, tornando-os mais leves, mais eficientes ou mais poderosos.
Os usos da nanotecnologia podem ser encontrados na ciência, medicina, tecnologia militar e no setor comercial. Grande parte da nanotecnologia ainda está em fase de pesquisa e desenvolvimento, e há um debate considerável sobre sua viabilidade e segurança.
Em geral, acredita-se que a primeira geração de nanotecnologia tenha começado em 2000, quando a nanotecnologia foi empregada para aumentar o efeito de produtos do cotidiano, como protetores solares e bolas de golfe.
A segunda geração geralmente é definida como iniciada em 2005. Nesta geração, os usos da nanotecnologia foram expandidos, passando a ser empregados na produção de transistores, drogas, produtos químicos e sensores biológicos.
Existem muitas aplicações médicas possíveis da nanotecnologia.
Os sistemas de administração de medicamentos são um uso potencial da nanotecnologia que se concentraria em como a droga administrada a uma pessoa doente é distribuída no corpo.
Esse aplicativo identifica as áreas afetadas no corpo e depois distribui o medicamento para onde é mais necessário. Pensa-se que esses avanços possam melhorar os efeitos farmacológicos e terapêuticos da droga.
O desenvolvimento de nanotools pode ajudar em situações como operações ou cirurgias. Isso permitiria que os médicos realizassem operações no nível molecular.
Os nanotools seriam controlados pelos médicos via controle remoto, permitindo realizar diagnósticos e tratamentos que seriam impossíveis de realizar usando as técnicas tradicionais.
Os usos comerciais de nanotecnologia incluem a presença em massa de nanopartículas em produtos como cosméticos, revestimentos de proteção, roupas resistentes a manchas, computadores e equipamentos esportivos.
Esses produtos geralmente contêm nanomateriais, que são constituídos por átomos ou pequenas partículas que foram reorganizadas pelos cientistas para melhor desempenhar sua tarefa.
Algumas aplicações comerciais futuras da nanotecnologia pretendem aumentar a memória de dispositivos eletrônicos, melhorar os aditivos de combustível e criar eletrônicos mais flexíveis.
Cientistas militares e pesquisadores de defesa geralmente procuram aplicar a nanotecnologia para criar armas mais mortais. Isso pode incluir a criação de nanopartículas, que podem ser usadas para danificar os pulmões humanos ou penetrar na pele humana. Essas nanopartículas podem ser combinadas com partículas como metais ou hidrocarbonetos que podem ser perigosas para um ser humano.
Como o corpo humano desenvolveu uma tolerância à maioria das partículas naturais, o desenvolvimento de nanopartículas poderia ser uma ferramenta eficaz na guerra, porque o corpo humano ainda não está acostumado a essas novas substâncias.
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