A nanoescala em perspectiva

A nanoescala está entre a escala atômica e a microescala. Colocando um nm em perspectiva e comparando-o com as dimensões de coisas que nos são familiares, uma molécula de água tem ~ 0,3 nm e o diâmetro de um fio de cabelo típico é ~ 75.000 nm.

Ouça o episódio do Pod: Nanotecnologia – Oportunidades e desafios de segurança

O que é nanotecnologia e nanociência?

– Em um sentido amplo, a nanociência e a nanotecnologia tratam da matéria, e das construções da matéria, na faixa de tamanho de que estamos falando, diz o Prof. Kasemo.

Uma molécula de água é um pouco pequena demais para ser nanotecnologia, é bastante física molecular, mas se subirmos três vezes em tamanho linear, para ~ 1 nm, poderíamos ter muitas dezenas de moléculas de água, ou outras moléculas, em algum construto . Então, se subirmos duas ordens de magnitude em tamanho, até 100 nm, o volume na verdade aumenta 10 ⁶ vezes. Então, estamos falando de milhões ou dezenas de milhões de moléculas e ainda estamos na faixa de tamanho de, digamos, 100 nm, continua o professor Kasemo.

Para colocar isso em perspectiva, trata-se de onde um microscópio óptico para para ver as coisas – o comprimento de onda da luz visível é de algumas centenas de nanômetros. Portanto, nesta faixa de tamanho, podemos construir coisas com algumas dezenas de átomos ou moléculas, ou podemos construir coisas com milhões de átomos, ou moléculas, que têm propriedades funcionais especiais, diz o professor Kasemo. A dimensão superior de onde termina a nanotecnologia e começa a microtecnologia é um tanto flutuante e depende das propriedades (funcionais) e do comportamento do sistema real, mas normalmente o limite é definido em algumas centenas de nanômetros.

Na nanoescala, as propriedades do material mudam

– ‘Funcional’ é uma palavra-chave para nanotecnologia. Quando diminuímos da escala macroscópica para micrômetros e diminuímos para nanômetros, em algum ponto a matéria muitas vezes muda suas propriedades e comportamento dramaticamente, diz o professor Kasemo.

Essa mudança de propriedades, por exemplo, propriedades elétricas ou ópticas, é um desafio para pesquisadores que estão apenas interessados ​​em descobrir o que acontece, por exemplo, o que você pode fazer e o que você pode construir. Mas também é de extrema importância fazer novas unidades funcionais na eletrônica, na ciência dos materiais e assim por diante. Freqüentemente, essas novas propriedades de primeira ordem estão relacionadas a efeitos quânticos. E pesquisadores e engenheiros querem explorar essas novas propriedades.

Como se desenvolveu a área de nanotecnologia?

– Pode-se afirmar que tudo começou com a descoberta no Laboratório da Bell telephone, que se pode construir uma unidade que se assemelha às propriedades funcionais de tubos de rádio (triodos) fazendo um chamado transistor. Era um dispositivo de estado sólido, e isso aconteceu por volta de 1947, diz o professor Kasemo. Ainda estava longe da nanoescala, mas deu início a décadas de desenvolvimento, eventualmente entrando na nanoescala.

Essa descoberta começou a revolucionar a construção de circuitos elétricos no final da década de 1950 e durante a década de 1960. Então começou um desenvolvimento em que cada transistor e todos os outros componentes, diodos e assim por diante, diminuíam a cada ano. A razão para isso é que você obtém mais unidades funcionais nos microcircuitos quanto mais transistores você tem por unidade de área, portanto, ao fechar o empacotamento você pode ganhar em desempenho, velocidade e custo, explica o Prof. Kasemo. Então, isso começou na escala macro por volta de 1960. Mas então, como os componentes continuaram a encolher por cerca de 40 anos, a menor parte de um circuito integrado, um transistor, acabaria ultrapassando o tamanho de cem nanômetros. Isso aconteceu por volta da última virada do século.

Nesse ponto, eles descobriram que havia alguns limites que começaram a enfrentar para fazer as coisas tão pequenas, continua o professor Kasemo. Também novos fenômenos começaram a aparecer. Portanto, a perspectiva de encolhimento da microeletrônica abaixo de 100 nm colocou muito esforço e atenção para tornar as coisas cada vez menores. Fazer coisas tão pequenas exigia duas coisas especiais; primeiro, ele exigia a fabricação e a produção de instrumentos que podiam tornar as coisas tão pequenas, usando, por exemplo, a fotolitografia e, mais tarde, a litografia por feixe de elétrons. Então, tornar as coisas pequenas era muito importante, mas ao mesmo tempo ver as coisas tão pequenas era importante. Uma vez que os microscópios ópticos não podiam ver os menores componentes, os instrumentos analíticos que podiam ver coisas tão pequenas também eram muito importantes, como, por exemplo, microscópios eletrônicos e microscópios eletrônicos de varredura. Isso impôs um enorme impulso ao desenvolvimento tecnológico de produção e análise em nanoescala. E isso transbordou da área de microeletrônica para essencialmente todas as outras áreas da tecnologia, mas também para a ciência, isto é, ciência pura, para tornar as coisas pequenas e estudar propriedades nesta faixa de tamanho da matéria.

Na minha opinião, isso (microeletrônica) foi a força motriz mais forte para o desenvolvimento da nanociência e nanotecnologia, diz o Prof. Kasemo. Mas houve outro desenvolvimento paralelo na química. Isso era para fazer moléculas funcionais maiores do que o que normalmente chamamos de moléculas, nanoobjetos, nanopartículas. Fazer essas nanopartículas de pouquíssimos átomos / moléculas, em torno de 1 nm de tamanho, a muitos, de até 100 nm, foi um desenvolvimento paralelo que complementou o da microeletrônica. Hoje, a fabricação e os estudos de nanossistemas que mostram novos comportamentos e propriedades são um amplo campo científico que afeta quase todas as áreas da ciência e tecnologia, da ciência dos materiais básicos à medicina.

Ciência da Superfície – uma perspectiva maior sobre o pequeno

Ouça a entrevista completa com o Prof. Kasemo neste episódio pod onde falamos sobre a história da nanotecnologia, os riscos e oportunidades com entidades nanométricas, bem como o futuro desta área.

FONTE: https://www.biolinscientific.com/blog/what-is-nanotechnology