Histórico

A nanotecnologia se refere a qualquer material, dispositivo ou processo para o qual a sua propriedade de maior importância derive da nanoescala. O termo nano é um prefixo grego que significa anão. A nanoescala é atribuída a tudo que apresente como tamanho característico de 0,1 a 100 nanômetros (nm). Sendo este limite, referente à escala atômica e molecular.
Com isso, pode-se atribuir à nanotecnologia a manipulação de átomos em escala nanométrica, ou seja, em uma escala 1 bilhão de vezes menor que o metro ou 1 milhão de vezes menor que o milímetro, um espaço, que é suficiente para no máximo 10 átomos. Como um exemplo comparativo, a fim de ilustrar quão pequena é a nanoescala, tem-se que um fio de cabelo possui um diâmetro que varia de 30.000 a 100.000 nm.
O ano de 1959 é considerado o marco inicial da nanotecnologia, sendo que no dia 29 de dezembro deste ano, o conceituado físico e Nobel norte-americano Richard Feynman proferiu na reunião anual da American Physical Society, realizada no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), a palestra intitulada “There’s plenty of room at the bottom” (“Há mais espaços lá embaixo”). Feynman discutiu as possibilidades, vantagens e mudanças com a obtenção de materiais em nanoescala. Um exemplo foi a idéia de ser possível condensar na cabeça de um alfinete, os 24 volumes da Enciclopédia Britânica, sugerindo desta maneira, que muitas descobertas seriam realizadas com a obtenção de materiais em escala atômica e molecular. Feynman também se referiu a diferentes objetos e áreas científicas, que poderiam ser otimizadas com o desenvolvimento da tecnologia em nanoescala, tais como computadores mais rápidos e avanços nas ciências biológicas [1].
Mas por que era tão difícil imaginar o desenvolvimento da nanotecnologia?
A resposta a essa pergunta, também foi fornecida por Feynman durante a sua palestra, quando fez a seguinte afirmação:
“Os princípios da física, pelo que eu posso perceber, não falam contra a possibilidade de manipular as coisas átomo por átomo. Não seria uma violação da lei. É algo que teoricamente pode ser feito, mas que na prática, nunca foi levado a cabo porque somos grandes de mais”.
A palavra nanotecnologia foi popularizada na década de 1980, quando Eric Drexler, do Foresight Institute, se referiu à construção de máquinas em escala molecular, de apenas uns nanômetros de tamanho como braços de robô, motores e computadores, muito menores que uma célula. Drexler passou os seguintes dez anos a descrever e analisar esses incríveis aparelhos e a dar resposta às acusações de ficção científica. No entanto, a tecnologia convencional estava a desenvolver a capacidade de criar estruturas simples à escala reduzida. Conforme a nanotecnologia se converteu num conceito aceito, o significado da palavra mudou para abranger os tipos mais simples de tecnologia à escala nanométrica [1].
Embora a palavra nanotecnologia ser relativamente nova, esta área da ciência tem sido encontrada ao redor dos séculos, como por exemplo na utilização de impurezas em nanoescala para alterar a cor do vidro. Atualmente é bem conhecido que suspensões com nanoesferas de ouro promovem indicadores de cor para uma variedade de propósitos. A absorção da luz visível proveniente de nanopartículas de ouro tem uma dependência de cor baseada no diâmetro das mesmas. A causa desta dependência de cor é decorrente da condutividade dos estados vibracionais dos elétrons de superfície. Como por exemplo, esferas de dióxido de silício (SiO2) com 120 nm de diâmetro, recobertas por uma camada nanométrica de ouro refletem diferentes cores, que são baseadas nas diferentes espessuras das camadas de ouro. O ouro comercial é visto como amarelo brilhante, devido as suas propriedades de bulk, que são infinitamente maiores que a escala atômica, que é a responsável por todas as mudanças. Um átomo individual de ouro apresenta níveis eletrônicos discretos, mas o bulk tem elétrons livres e se forem adicionados mais e mais átomos de ouro em um espaço específico, os estados eletrônicos individuais localizados começam a ser livres, pelo menos no centro do material, resultando em alta condutividade elétrica [2].
A nanotecnologia já estava presente na Idade Média, em que a cor dos vidros eram dependentes da resposta ao efeito do espalhamento da luz, sobre as nanopartículas de diferentes tamanhos dos aditivos metálicos adicionados ao vidro. Em geral, sais de ouro e prata eram utilizados em tempos medievais para colorir vidros utilizados em janelas de igrejas. As partículas de prata eram utilizadas para fornecer ao vidro coloração amarela, enquanto partículas de ouro eram empregadas para fornecer ao vidro coloração vermelha.
Da mesma maneira, a indústria Romana do século IV a.C. utilizou-se desses sofisticados aditivos para a produção de um vidro multicolor, que foi empregado na obtenção do famoso vaso de Licurgo. Com a junção de pó de ouro e prata ao vidro, o mesmo assumiu uma coloração diversa de acordo com a reflexão da luz em contato com a superfície do vaso. As cores observadas em sua maioria eram laranja, vermelho, metálico, lilás e roxo, sendo dependentes do tamanho das nanopartículas de ouro.
Por que apesar de existirem, não era possível explicar o comportamento proveniente de materiais nanométricos?
A resposta é simples, pois a resolução do microscópio óptico é muito grosseira para a escala nanométrica, não sendo possível observá-la.
Entretanto, nos anos 80 a nanotecnologia começou a encontrar condições tecnológicas para fazer parte realidade, com os avanços das técnicas relacionadas à microscopia eletrônica. Na caracterização de um objeto utilizando-se um microscópio eletrônico, a amostra precisa ser o mais delgada possível, sendo colocada sob vácuo, onde um feixe de elétrons atua para formar a imagem. Além disso, para conseguir atravessar o objeto e registrar a imagem em um filme ou em uma tela de computador, os elétrons precisam estar acelerados, ou seja, estarem com maior energia [3].
Na microscopia de força atômica pode-se observar detalhes topográficos de superfícies. Na microscopia de tunelamento é possível movimentar átomos e observar a densidade eletrônica dos mesmos, com vários modos diferentes de obtenção de imagem.
O microscópio de varredura por tunelamento eletrônico (scanning tunneling microscope - STM) foi desenvolvido em 1981, por Gerd Binning e Heinrich Roher, no laboratório da IBM em Zurique. A concepção do STM é bastante simples, uma agulha extremamente fina, cuja ponta é constituída de alguns poucos átomos ou até mesmo de um único átomo, “tateia” uma superfície sem tocar na mesma, permanecendo afastada em menos de um nanômetro. Durante a varredura da agulha, elétrons tunelam da agulha para a superfície e com base nessa corrente de tunelamento um computador gera uma imagem extremamente ampliada da superfície, na qual ficam visíveis os seus átomos. Dessa forma, pela primeira vez o relevo atômico da superfície de um corpo pôde ser visto e investigado [1].
O STM deu origem a uma família de instrumentos de visualização e manipulação em escala atômica, coletivamente denominados microssondas eletrônicas de varredura (scanning probe microscopes - SPM). Além da visualização nanométrica de uma superfície, os SPM permitem manipular átomos e moléculas, que podem ser arrastados de um ponto e depositados em outro ponto previamente selecionado [1].
Com isso, microscópios de transmissão, tunelamento e de força atômica permitiram avanços relativos à manufatura molecular e atômica a ponto de que em 1989, a IBM, manipulando 35 átomos de elemento químico xenônio, conseguiu escrever com estes a sua marca em uma placa de níquel.
Dessa maneira, pode-se verificar que a nanotecnologia finalmente está encontrando o caminho do seu desenvolvimento, utilizando-se dessas novas ferramentas anteriormente não disponíveis, que permitem visualizar as estruturas nanométricas e até movimentar átomos.

Fonte: CMDMC - Centro Multidisciplinar para o Desenvolvimento de Materiais Cerâmicos