Nanotecnologia ou Nanotech, o que vem a ser?o estudo de manipulação da matéria numa escala atômica e molecular. Geralmente lida com estruturas com medidas de 1 a 100 nanômetros, em ao menos uma dimensão, e inclui o desenvolvimento de materiais ou componentes e está associadas a diversas áreas de pesquisa e produção na escala nano. O princípio básico da nanotecnologia é a construção de estruturas e novos materias a partir de átomos. (Wikipedia)
As origens da
nanotecnologia
são tradicionalmente referidas a 29 de Dezembro de 1959, quando o
professor Richard Feynman (vencedor do Prémio Nobel da Física em 1965)
apresentou uma palestra intitulada "Há muito espaço no fundo" (There’s
Plenty of Room at the Bottom) durante a reunião anual da Sociedade
Americana de Física no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech).
Nessa palestra, Feynman falou sobre os princípios da miniaturização e
precisão ao nível atómico e como esses conceitos não violam nenhuma lei
conhecida da física. Feynman descreveu um processo através do qual a
habilidade de manipular átomos e moléculas pode ser desenvolvida,
utilizando um conjunto de ferramentas precisas para construir e operar
um outro conjunto proporcionalmente menor, e assim por diante até a
escala necessária.
Ele descreveu um campo sobre o qual poucos pesquisadores tinham ainda
pensado, e muito menos investigado. Feynman apresentou a ideia de
manipular e controlar coisas numa escala extremamente pequena através da
construção e modelagem da matéria átomo a átomo. Ele propôs que era
possível construir um robô cirúrgico em nanoescala, desenvolvendo mãos
manipuladoras a um quarto de escala que iriam construir ferramentas de
quarto de escala análogas às encontradas em oficinas mecânicas,
continuando até a
nanoescala ser alcançada, oito iterações mais tarde.
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Richard Feynman |
Ele descreveu como os 24 volumes da Enciclopédia
Britânica podiam ser escritos na cabeça de um alfinete. Imaginou letras
de metal em relevo que poderiam ser reduzidas a 1/25.000 de seu tamanho
normal (o tamanho destas letras). Feynman discutiu como uma obra dessas
poderia ser lida utilizando um microscópio electrónico em utilização
naquela época. O truque, disse ele, era escrever os textos super
pequenos e reduzi-los sem perda de resolução.
Feynman discutiu também sistemas na natureza que alcançam precisão de
nível atómico sem a ajuda de design humano. Além disso, ele expôs alguns
passos exactos que talvez precisassem ser tomados, a fim de começar a
trabalhar neste campo inexplorado. Estes incluíam o desenvolvimento de
microscópios electrónicos mais poderosos, ferramentas essenciais na
visão do muito pequeno. Ele também discutiu a necessidade de mais
descobertas fundamentais em biologia e bioquímica.
O termo "nanotecnologia" foi definido pelo Professor Norio Taniguchi da
Universidade de Ciência de Tóquio, num artigo de 1974 intitulado "Sobre o
conceito básico de" Nano-tecnologia " da seguinte forma:"Nanotecnologia
consiste principalmente em processamento de, separação, consolidação e
deformação de materiais por um átomo ou uma molécula”. No seu artigo,
Taniguchi desenvolveu as ideias de Feynman em mais detalhe afirmando que
"nanotecnologia é a tecnologia de produção para obter a precisão extra
alta e dimensões ultra finas, ou seja, a precisão e finura da ordem de 1
nm (nanómetro) de comprimento. Ele também discutiu o seu conceito de
'nanotecnologia' no processamento de materiais, baseando-se no
comportamento microscópico dos materiais.
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Norio Taniguchi |
O principal passo para o desenvolvimento da nanotecnologia foi a
invenção do Microscópio de Tunelamento por Varrimento (Scanning
Tunneling Microscope, STM) na década de 1980. Em 1981, Gerd Binnig e
Heinrich Rohrer da IBM Zurich Research Laboratory criaram o STM, o que
permitiu aos cientistas ver e mover átomos individuais pela primeira
vez. Eles descobriram que, usando um campo eléctrico e uma nanosonda
especial com uma ponta super pequena, poderiam deslocar átomos e
moldá-los na forma desejada.
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Diagrama de blocos de um Microscópio de Tunelamento por Varrimento (Wikipedia) |
Em Setembro de 1985 foi descoberto um novo tipo de carbono (C
60)
por três químicos inovadores que se reuniram na Universidade Rice, em
Houston, Texas, para realizar um conjunto de experiências que mudaram a
química e o mundo. A nova família de carbono foi chamada fulerenos. Os
fulerenos, em forma de bola de futebol, com moléculas semelhantes a
gaiolas caracterizadas pelo simétrico C
60, ocuparam logo o
centro das atenções na química. Muito diferente das formas de carbono
conhecidas como a grafite ou o diamante, o C
60 (composto por
60 átomos de carbono) foi oficialmente chamado Buckminster fulereno
(também conhecido como buckyball). O buckyball foi assim chamado por
causa da semelhança com as cúpulas geodésicas que o arquitecto Richard
Buckminster Fuller popularizou.
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Buckminster fulereno (Wikipedia) |
As ideias básicas neste campo foram popularizadas e exploradas em
muito maior profundidade na década de 1980, quando K. Eric Drexler
promoveu o significado tecnológico de fenómenos e dispositivos à
nanoescala através de discursos e dos livros Engines of Creation: The
Coming Era of Nanotechnology (1986) e Nanosystems: Molecular Machinery,
Manufacturing, and Computation.
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K. Eric Drexler |
Ele falou sobre a construção de máquinas à escala molecular, alguns
nanómetros de largura, motores, braços robóticos e até mesmo
computadores inteiros, muito menores do que uma célula. Drexler passou a
maior parte de seu tempo desde então a descrever e analisar esses
dispositivos incríveis, e a responder às acusações de ficção científica.
Destinado a um público não-técnico mas ao mesmo tempo atractivo para os
cientistas, o livro de Drexler foi um trabalho muito original que
descreve uma nova forma de tecnologia baseada em "montadores"
moleculares que seriam capazes de "colocar átomos em quase qualquer
arranjo razoável" e, assim, permitir a formação de "quase tudo o que as
leis da natureza permitem." Isto pode soar como uma ideia fantasiosa e
fantástica, mas, como Drexler salienta, isso é algo que a natureza já
faz, sem a ajuda de concepção humana, com as máquinas de base biológica
dentro dos nossos próprios corpos (e os de qualquer espécie biológica).
Outro dos momentos decisivos na nanotecnologia surgiu em 1989, quando
Don Eigler usou um Microscópio de Tunelamento por Sondagem (Scanning
Probe Microscope, SPM) no Almaden IBM Research Center, em San Jose,
Califórnia, para soletrar as letras IBM a partir de 35 átomos de xénon e
fotografou o seu sucesso. Pela primeira vez foi possível colocar átomos
exactamente onde queríamos, mesmo se mantê-los lá muito acima do zero
absoluto revelasse ser um problema. Embora útil em ajudar a nossa
compreensão do mundo nano, arranjar os átomos um a um é provavelmente
muito pouco útil em processos industriais.
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Logótipo da IBM escrito com 35 átomos de xénon |
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O primeiro (Atomic Force Microscope, AFM ou Scanning Force Microscope,
SFM) disponível comercialmente foi também introduzido em 1989 e é ainda
hoje uma ferramenta muito poderosa para trabalhar em escala
nanométrica.
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Diagrama de blocos de um Microscópio de Força Atómica (Wikipedia) |
Em 1991, os materiais em nanoescala tornaram-se o foco de intensa
pesquisa com a descoberta dos nanotubos de carbono por Sumio Iijima nos
Laboratórios de Pesquisa Fundamental da NEC em Tsukuba, no Japão.
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Sumio Iijima |
As eletromicrografias de alta resolução de Iijima de nanotubos de
carbono de paredes múltiplas mostraram que as novas espécies de carbono
com extremidades arredondadas eram primas dos fulerenos.
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Nanotubos de Carbono de Paredes Múltiplas |
Apesar de os nanotubos de carbono de paredes múltiplas estarem
relacionadas com os fulerenos, eles não são molecularmente perfeitos.
Essa realidade foi alterada com a descoberta, em 1993, dos nanotubos de
carbono de parede única, simultaneamente por Iijima e Ichihashi
Toshinari da NEC no Japão e Donald S. Bethune e outros no IBM Almaden
Research Center in San Jose, California.
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Nanotubos de Carbono de Parede Única |
Desde então as descobertas na química dos fulerenos e dos nanotubos não têm parado…
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