NANOTECNOLOGIA

Elson Longo (UFSCar)

 

De uma forma simples, podemos definir nanotecnologia como sendo o termo utilizado para descrever a criação, manipulação e exploração de materiais com escala nanométrica. Aqui cabe outra definição, um nanômetro (abreviado como  nm) é um metro dividido por um bilhão ou seja, 1 nm é igual a 10^-9 m. Somente para se ter uma idéia de tamanho, um fio de cabelo tem cerca de 100x10^-6m  quanto 0.1mm de diâmetro, ou seja, é 100.000 vezes  maior que um nanômetro. 

Vamos explicar melhor a definição de nanotecnologia. A nanotecnologia é a ciência e a tecnologia utilizada para controlar os materiais de tal forma que podemos manipular átomos e moléculas para construir estruturas mais complexas como, um dispositivo eletrônico ou mesmo um “nanobo”, aquele das meninas superpoderosas.

Com esta definição e com esta explicação fica claro o por que do grande interesse dos paises e empresas na nanotecnologia. Uma vez dominadas a ciência e a tecnologia do mundo nanométrico, poderemos obter novos dispositivos eletrônicos, cada vez menores, produzir robôs tão pequenos que poderiam ser injetados no organismo para desobstruir artérias (aqui mais uma vez o mundo da ficção esta avançando em relação ao  mundo real, bastando lembrar do filme “viagem insólita”, em que uma nave tripulada é injetada dentro do organismo), desenvolver remédios que poderão atuar especificamente na região danificada do organismo, como entregar um remédio para combater somente o tumor. Sem duvida será uma grande revolução. Quem não entrar para competir e dominar esta tecnologia, estará fadado a desaparecer do mercado, ou mesmo se tornar um país subdesenvolvido. Além dessas revoluções tecnológicas, a nanotecnologia também irá melhorar tecnologias em uso. Podendo também ser empregada para melhorar o desempenho de catalisadores, criar  células solares e baterias de Lítio mais eficientes, possibilitando assim tornar dispositivos de energia limpas mais viáveis, contribuindo  para um mundo menos poluído.

Outra pergunta que vem á cabeça quando falamos de nanotecnologia, é quando e como começou esta revolução? Na verdade é difícil estabelecer uma data exata. Na antiguidade, os Romanos já produziam artefatos, como jarros de vidros com nanopartículas de ouro. Com certeza eles não conheciam o que estavam fazendo. No fim do século XIX, o respeitado cientista inglês Michael Faraday já sintetizava nanopartículas de ouro, porém não compreendia as propriedades destas partículas. Podemos considerar como o marco inicial da nanotecnologia, como ciência, o famoso discurso do Físico americano Richard Feynman, onde 1959, onde propunha que na escala nanométrica haveriam muitas coisas a serem descobertas e muitas propriedades novas. Nas décadas de 80 e 90 do século passado, um grande esforço de químicos e físicos em todo mundo, conduziram ao desenvolvimento de novos materiais e novos métodos de síntese, que foram avaliados com os novos microscópios de força atômica e de transmissão, daí houve a possibilidade de  descobertas de novas propriedades e estruturas, que levaram a uma revolução científica e a uma corrida no sentido de compreender e dominar o nanomundo.

Sem duvida a nanotecnologia é mais que uma das promessas deste novo século. É um sonho que pode se tornar realidade.  E veio para ficar.

 

Uma pergunta que sem dúvida deve ocorrer com relação à nanotecnologia é onde e como será aplicada esta tecnologia. Em termos de aplicação da nanotecnologia, pode-se desenhar dois panoramas distintos. O primeiro panorama esta baseado no uso da nanotecnologia para os desenvolvimentos de novas tecnologias visando substituir as atuais. O exemplo mais importante deste seguimento é a eletrônica. Segundo uma lei empírica conhecida como lei de Moore (Cientista e fundador da INTEL) e os conhecimentos técnicos científicos atuais, os desenvolvimentos de novos chips de memória (tais como o Pentium) com maior poder de processamentos, mais baratos e mais velozes estão chegando no limite, considerando a atual tecnologia de processamento de semicondutores. Para superar esta estagnação, uma solução seria o desenvolvimento de uma tecnologia inovadora e revolucionária. A alternativa obvia para isso é a nanotecnologia. Os cientistas e empresários, estão apostando no desenvolvimento de transistores e memórias lógicas baseados em nanotubos de carbono, nanofios de ouro, nanofios e nanofitas de materiais semicondutores.  Estes desenvolvimentos estão sendo patrocinados por grandes empresas do setor de semicondutores (IBM, INTEL, HP e outras) visando uma miniaturização ainda maior dos circuitos eletrônicos, tentando gerar nanocircuitos.  

Neste sentido o LIEC vem desenvolvendo nanofios de óxido de estanho e óxido de índio dopado com óxido de estanho.

            Outra tecnologia revolucionária que esta sendo pesquisada, é o uso de nanotubos de carbono para desenvolvimento de materiais de alta resistência mecânica. Estudos mostram que materiais a base de nanotubos de carbono podem apresentar uma resistência de 10 a 100X a resistência do aço. Além disso compostos a base de carbono apresentam baixa densidade, resultando em materiais altamente resistentes e leves, ideais para aplicações em indústrias aeroespacial e automobilística.

            Na medicina, a nanotecnologia promete revolucionar também, com o desenvolvimento de medicamentos revolucionários. Por exemplo, os medicamentos podem ser acopladas a nanopartículas magnéticas, estas nanopartículas (com o medicamento) seriam injetadas na corrente sanguínea, e com o auxilio de um imã, a droga poderia ser encaminhada diretamente no local do organismo que necessitaria deste medicamento.

            Na verdade novas aplicações de nanotecnologia surgem dia após dia, sendo que ainda não existam  limites para estas aplicações.

            O segundo panorama de aplicação da nanotecnologia, está baseado na utilização de materiais nanoestruturados para melhorar o desempenho de tecnologias atuais. Um exemplo típico disso é a incorporação de nanopartículas em pneus, diminuindo o desgaste e aumentando a vida útil dos mesmos.

            Neste seguimento, existe uma grande expectativa com relação ao aprimoramento de dispositivos de energia alternativa, utilizando materiais nanoestruturados. Os cientistas têm demonstrado que as utilizações de nanopartículas permitem o desenvolvimento de eletrólitos sólidos de baterias  de Lítio (utilizados em baterias de celular e computadores portáteis) com desempenho superior aos atuais. Novos catalisadores, baseados em materiais nanoestruturados, têm sido desenvolvidos para serem utilizados em células de combustível e na geração de hidrogênio. Uma nova célula solar, baseada em nanopartículas de TiO₂, tem apresentado excelente rendimento e um custo de fabricação menor. Todos estes desenvolvimentos visam obter métodos de geração de energia ambientalmente corretos, possibilitando assim um desenvolvimento sustentável e não agressivo ao meio ambiente.

            Outras aplicações de nanotecnologia já estão presentes em nossos dias, tais como a utilização de nanopartículas em filtros solares. Nanopartículas são utilizadas para absorver radiação ultravioleta do sol, evitando assim problemas como câncer de pele. Existem inúmeros outros exemplos em que a nanotecnologia está modificando as tecnologias atuais, resultando em produtos com superior desempenho. Sem dúvida a incorporação de materiais nanoestruturados em produtos do dia a dia já é uma realidade.

            Outra pergunta que sempre acompanha o tema de nanotecnologia é: qual o tamanho do mercado mundial? Porém, antes de responder esta pergunta, é importante conhecer quem está investindo em nanotecnologia e quais são os montantes de investimentos envolvidos.

            O investimento  em nanotecnologia começou no final da década de 90 do século passado. Um marco deste investimento é a iniciativa do governo americano, que a partir de 1998 vem investindo especificamente em nanotecnologia o montante de aproximadamente U$ 500,000,000.00 (quinhentos milhões) anualmente. Para se ter uma idéia deste montante, a FAPESP (Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo) investe em todas as áreas do conhecimento, aproximadamente U$ 100.000.000,00 (cem milhões). Os outros paises, especialmente os pertencentes à União Européia e o Japão, investem montantes da ordem de centenas de milhões de dólares anualmente. Todo este investimento é somente do setor governamental, não incluindo o setor privado. Só para se ter uma idéia, a Degusa, uma empresa multinacional de produtos químicos com sede na Alemanha, investe anualmente em materiais nanoestruturados aproximadamente trinta e cinco milhões de euros em pesquisa e desenvolvimento.

            Com relação ao mercado mundial, ainda existem duvidas com respeito ao seu tamanho, porém estima-se que nos próximos 10 anos este mercado pode ser superior a 1 trilhão de dólares. Somente em nanopartículas o mercado mundial do ano  2000 foi da ordem de quinhentos milhões de dólares, existindo uma previsão de crescimento de mais de 1 bilhão de dólares até o ano de 2005 (ver gráfico da Figura 3). O mercado mundial de nanopartículas para 2005 é estimado ser da ordem de novecentos milhões de dólares.   A área de atuação do LIEC esta centrada em eletrônica, óptica e magnéticos.

            Um fato interessante do mercado de nanotecnologia é o alto valor agregado dos produtos. Por exemplo em nanopartículas, atualmente o preço por quilo varia de 10 a 400 dólares, podendo chegar a produtos com custo superior a U$ 1,000.00 por quilo. Como base de comparação, a tonelada (1000 quilos) de ferro gusa, utilizado para fabricação de aço, tem um custo médio de U$ 130.00.

            O tema nanotecnologia é atual e sem dúvida, irá gerar ainda muita discussão a nível governamental, empresarial e mesmo em conversas cotidianas.  Os exemplos aqui citados e a projeções apresentadas, serão brevemente consolidadas e em pouco tempo este texto será superado. Porém isso também faz parte da nanotecnologia, ou seja, uma tecnologia dinâmica e sem limite de expansão.