CapÃtulo 2 : Nanotecnologia
A utilização de escalas atômicas, moleculares e supramoleculares da matéria para aplicações industriais é o foco do campo da nanotecnologia, que é frequentemente abreviado como nanotecnologia. O termo "nanotecnologia molecular" refere-se ao objetivo científico específico de manipular com precisão átomos e moléculas para a criação de objetos à macroescala. A primeira e mais comum descrição de "nanotecnologia" dizia respeito a este objetivo tecnológico específico. Decorrido algum tempo, a Iniciativa Nacional de Nanotecnologia chegou a uma definição de nanotecnologia mais abrangente. De acordo com esta definição, nanotecnologia é a manipulação da matéria em que pelo menos uma dimensão tem uma escala que varia de 1 a 100 nanômetros. Esta definição reflete o fato de que os efeitos da mecânica quântica são importantes nesta escala do reino quântico. Como resultado, a definição passou de um objetivo tecnológico específico para uma categoria de investigação que inclui todos os tipos de investigação e tecnologias que lidam com as propriedades especiais da matéria que ocorrem abaixo do limiar de dimensão dado. Em outras palavras, a definição tornou-se uma categoria de pesquisa. É por esta razão que o termo "nanotecnologias", tanto na sua forma singular como plural, bem como o termo "tecnologias à nanoescala", são frequentemente utilizados para se referir a uma grande variedade de estudos e aplicações que partilham a característica de serem muito pequenas.
O termo "nanotecnologia" refere-se a qualquer coisa com dimensões à escala nanométrica ou inferiores. A sua aplicação vai desde a criação de novos materiais com dimensões à nanoescala até ao controlo direto da matéria à escala atómica. Ciência de superfícies, química orgânica, biologia molecular, física de semicondutores e armazenamento de energia são apenas alguns dos subcampos científicos que estão sob sua alçada.
As potenciais repercussões da nanotecnologia são agora um tema de discussão entre os cientistas. A nanotecnologia tem potencial para produzir um grande número de novos materiais e tecnologias, cada um dos quais pode ter uma grande variedade de utilizações. Alguns exemplos destas aplicações incluem a nanomedicina, a nanoeletrónica, os biomateriais, a produção de energia e os bens de consumo. Por outro lado, a nanotecnologia levanta muitos dos mesmos problemas que qualquer nova tecnologia, como as preocupações com a toxicidade e o impacto ambiental dos nanomateriais, bem como as suas possíveis implicações nas economias globais, e a especulação sobre uma variedade de outros cenários de fim do mundo. Por causa dessas questões, organizações de defesa e governos em todo o mundo estão agora debatendo se a nanotecnologia deve ou não ser sujeita a regulamentação específica.
Richard Feynman, um físico bem conhecido, deu uma palestra intitulada "There's Plenty of Room at the Bottom" em 1959. Nesta palestra, ele descreveu a possibilidade de síntese através da manipulação direta de átomos. Esta palestra foi a primeira discussão pública das ideias que mais tarde se tornariam a base da nanotecnologia.
Em 1974, Norio Taniguchi foi a primeira pessoa a usar a expressão "nanotecnologia", apesar do fato de que o termo não era bem reconhecido na época. K. Eric Drexler usou pela primeira vez o termo "nanotecnologia" no seu livro Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology, que publicou em 1986. Nesse livro, Drexler propôs a ideia de um "montador" em nanoescala que seria capaz de construir uma cópia de si mesmo e de outros itens de complexidade arbitrária com controle atômico. Drexler foi inspirado a usar o termo "nanotecnologia" pelas ideias que Richard Feynman havia desenvolvido. Também em 1986, Drexler foi cofundador do The Foresight Institute, uma organização à qual já não está associado, com o objetivo de ajudar o público em geral a tornar-se mais consciente e conhecedor da nanotecnologia e das suas consequências.
Na década de 1980, o campo da nanotecnologia surgiu como resultado da convergência do trabalho teórico e público de Drexler, que desenvolveu e popularizou um quadro conceitual para a nanotecnologia, e avanços experimentais de alta visibilidade que chamaram mais atenção em larga escala para as perspetivas de controle atômico da matéria. O trabalho de Drexler desenvolveu e popularizou uma estrutura conceitual para a nanotecnologia. Os avanços experimentais de alta visibilidade também chamaram mais atenção em larga escala para as perspetivas de controle atômico da matéria. Dois avanços significativos alcançados na década de 1980 foram a faísca que desencadeou a expansão da nanotecnologia na era atual. Primeiro, o desenvolvimento do microscópio de tunelamento de varredura em 1981, que tornou possível ver átomos individuais e ligações de uma forma que nunca tinha sido feita antes e em 1989 foi usado com sucesso para o processo de manipulação de átomos individuais. Gerd Binnig e Heinrich Rohrer, que trabalharam no desenvolvimento do microscópio no IBM Zurich Research Laboratory, receberam o Prêmio Nobel de Física em 1986 por seu trabalho. Durante o mesmo ano, Binnig, Quate e Gerber também foram os inventores do microscópio de força atômica semelhante.
Em segundo lugar, os fulerenos foram encontrados em 1985 por Harry Kroto, Richard Smalley e Robert Curl, que partilharam o Prémio Nobel da Química em 1996. A estes três cientistas é atribuída a descoberta de fulerenos. É por isso que Iijima recebeu o primeiro Prêmio Kavli em Nanociência em 2008.
Em 1960, A. Rose foi a primeira pessoa a sugerir a ideia de um transistor de junção metal-semicondutor (junção M-S) de base nanocamada. Em 1962, L. Geppert, Mohamed Atalla e Dawon Kahng foram as primeiras pessoas a fabricar um.
Os governos tomaram medidas para promover e financiar a investigação em nanotecnologia, como nos Estados Unidos com a Iniciativa Nacional de Nanotecnologia, que formalizou uma definição de nanotecnologia baseada na dimensão e estabeleceu financiamento para a investigação à nanoescala, e na Europa com os Programas-Quadro Europeus de Investigação e Desenvolvimento Tecnológico.
Por volta de meados dos anos 2000, uma onda de atenção nova e séria da comunidade científica começou. A elaboração de roteiros para as nanotecnologias deu origem a uma série de projetos. Esses roteiros se concentram na manipulação atomicamente precisa da matéria e descrevem capacidades, objetivos e aplicações presentes e previstos.
2006 viu o desenvolvimento do menor dispositivo nanoeletrônico do mundo, o MOSFET de 3 nm, que foi criado por uma equipe de pesquisadores coreanos do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST) e do National Nano Fab Center. A tecnologia FinFET gate-all-around (GAA) foi a base sobre a qual foi construída.
Engenharia de sistemas funcionais em escala molecular é o que se entende pelo termo "nanotecnologia". Este contém tanto os projetos atualmente em curso como ideias que estão mais adiantadas no seu desenvolvimento. Em seu contexto original, o termo "nanotecnologia" refere-se à capacidade antecipada de construir coisas a partir do zero, utilizando métodos e instrumentos que estão agora em desenvolvimento, a fim de produzir produtos acabados com capacidades superiores.
Um nanômetro (às vezes escrito como nm) é igual a um bilionésimo.
ou 10-9, para fazer com um metro.
Em contraste, os comprimentos das ligações carbono-carbono que são usuais, ou a distância entre cada um dos átomos que compõem uma molécula, estão entre 0,12 e 0,15 nanômetros de tamanho; Além disso, o diâmetro de uma dupla hélice de DNA é de cerca de 2 nanômetros.
Dito de outra forma, as formas de vida mais simples compostas por células, os microrganismos pertencentes ao género Mycoplasma, têm cerca de 200 nanómetros de comprimento.
De acordo com a norma, de acordo com a definição fornecida pela National Nanotechnology Initiative nos Estados Unidos, a faixa de escala de 1 a 100 nanômetros é considerada nanotecnologia.
O tamanho dos átomos determina o limite mais baixo, porque o hidrogênio tem os menores átomos de qualquer elemento (
devido ao fato de que a nanotecnologia deve construir seus gadgets a partir de átomos e moléculas, que têm um diâmetro cinético de aproximadamente um quarto de nanômetro.
O limite superior é mais ou menos arbitrário, mas é em torno do tamanho abaixo do qual fenômenos que não são vistos em estruturas maiores começam a se tornar visíveis e podem ser usados no nanodispositivo. Este tamanho é aproximadamente o tamanho do menor tamanho abaixo do qual os fenômenos podem ser notados.
A fim de oferecer uma base científica fundamental para a nanotecnologia, subdomínios da física como a nanoelectrónica, a nanomecânica, a nanofotónica e a nanoiónica desenvolveram-se significativamente ao longo das últimas décadas.
Quando a escala do sistema é reduzida, certos fenómenos podem ser vistos com mais clareza. Estes incluem os efeitos mecânicos estatísticos, bem como os efeitos mecânicos quânticos, como o "efeito de tamanho quântico", no qual as propriedades eletrônicas dos sólidos são alteradas quando há uma redução significativa no tamanho das partículas. Outros exemplos incluem o "efeito mecânico térmico", que ocorre quando há uma mudança de temperatura. Passar de uma perspetiva macro para uma perspetiva micro elimina a possibilidade de esse impacto ocorrer. Os efeitos quânticos, por outro lado, têm o potencial de se tornar substanciais uma vez que a faixa de tamanho nanoescala é atingida, muitas vezes a...
