Caracter

1
Características dos nanomateriaisArsenal de
nanoestrutura
Universidade Federal de Pelotas Centro de
Desenvolvimento Tecnológico Curso de Graduação em
Biotecnologia
Dr. Luciano da Silva Pinto
2
O que acontece quando se manipula a matéria nessa
dimensão ?

• Novos paradigmas
• Efeitos quânticos passam a ser explorados
• Efeitos gravitacionais perdem importância
• Propriedades óticas (resposta a estímulo
  luminoso) podem ser exploradas
• Forças atômicas e moleculares (forças de Van
  der Waals)
• Explora propriedades nanométricas para obter
  efeitos macroscópicos.

Exemplo - Lagartixa
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Aumento da área superficial maior reatividade,
maior penetração em células
Alguns materiais deixam de ser inertes em
nanoescala
Uses of Nanotechnology in Environmental
Technology in Hessen -Innovation potentials for
companies -www.hessen-nanotech.de
4
(No Transcript)
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Nanopartículas Semicondutoras
Espectros de emissão de NPs de CdSe diferentes
tamanhos
Bruchez et al, Science, 1998, 281, 2013
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Arsenal de Nanoestruturas
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Nanoestruturas
Lipossomas
Nanoemulsão
É o equivalente da nanocápsula sem a parede
polimérica ao seu redor. Também podem apresentar
moléculas em sua superfície que alteram suas
características físico-químicas e biológicas.

• São vesículas esféricas
• compostas por bicamadas de fosfolipídios.
• Descobertos no início da década de 1960,
• Polímeros com alta afinidade por água podem ser
  incorporados à sua superfície, para aumentar sua
  estabilidade e seu tempo de permanência no
  organismo.
• Pode-se ainda ligar à sua superfície anticorpos,
  que atuariam como agentes de direcionamento dos
  lipossomas para sítios específicos do organismo.

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Nanoestruturas
Dendrímeros
Nanopartículas poliméricas
Dendron árvore (grego) mero parte,
unidade
Conhecidos como moléculas-cascata, são esferas
formadas por um núcleo de polímero com
ramificações. O número de ramificações define o
tamanho do dendrímero.
Desenvolvidas na década de 1990, podem ser
divididas em nanoesferas, compostas por uma rede
de polímeros, e nanocápsulas, que são gotículas
de óleo envoltas por um filme fino de polímero.
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Nanoestruturas
Ciclodextrina
Micelas poliméricas
Previne decomposição e aumenta
biodisponibilidade. Nitropen
comprimidos sublinguais de dilatador coronário
(Nippon Kayaku)
De estrutura mais simples, são compostos por
uma região interna hidrofóbica e por cadeias
externas de polímero hidrofílicos.
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Nanopartículas metálicas
Nanopartículas metálicas
Dispersões de nanopartículas de ouro e prata em
diferentes tamanho e formas

• São compostas por metais que têm propriedades
  diferentes daquelas observadas em nível
  macroscópico devido ao seu reduzido tamanho.
• As nanopartículas magnéticas podem ser
  direcionadas a um local específico do corpo por
  meio de um campo magnético externo.

LIU, M., GUYOT-SIONNEST, P, J. Phys. Chem. B, v.
108, p. 5882, 2004.
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Formas alotrópicas de carbono
(a) Diamante (b) Grafite (c) Lonsdaleite (d)
fullerenos C60 (e) C540 (f) C70 (g) carbono
amorfo (h) nanotubo de carbono.
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Nanoestruturas- Materiais estratégicos
Fulerenos
C60
C70
Estruturas de diâmetro muito menor, são
compostos por unidades de carbono, assim como a
grafita, o carvão e o diamante, porém com
arquitetura que lhes confere propriedades
especiais, como maior resistência mecânica e alta
capacidade de transportar calor e eletricidade.
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Nanotubos de carbono
O que são ? Estrutura de carbono formada por
uma ou múltiplas folhas de grafeno (folha de
carbono), primeiramente observados em 1991 por
Sumio Iijima. Dimensões diâmetro é de um a
três nanômetros (nm) e cujo comprimento de 1.000
nm
Introdução à Nanociência e Nanotecnologia XVI
EVINCI - Prof. Aldo Zarbin - DQUI-UFPR
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Nanotubos de carbono
1. Nanotubos de parede simples (Single-walled
nanotubes -SWNT)
2. Nanotubo de paredes múltiplas Multi-walled
nanotubes (MWNT)
várias folhas concêntricas de grafeno espaço
entre as camadas (0.34 nm) ligeiramente maior que
no grafite (0.335 nm)
uma única folha de grafeno
Introdução à Nanociência e Nanotecnologia XVI
EVINCI - Prof. Aldo Zarbin - DQUI-UFPR
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Características dos nanotubos

• 5 vezes mais resistente que o aço.
• Flexíveis na região radial e muito resistente na
  região axial.
• Alguns são condutores elétricos e outros são
  semicondutores.
• Capacidade de armazenamento de Hidrogênio.

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O método mais comum para o "crescimento " de
nanotubos é chamado deposição de vapor químico ou
CVD.   Este método é o mais prático para
fabricação de nanotubos com um comprimento útil.
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Ponto Quântico
Poço de potencial energético capaz de confinar
elétrons, Quantização da energia nas 3
dimensões Elétrons confinados têm níveis de
energia discretos, semelhante ao átomo Também
chamado de átomo artificial Dimensões
dependem das condições de crescimento (4 - 20
nm) Aplicações Detectores, diodos laser,
etc Computação Quântica candidato promissor
Micrografia de quantum dots em forma de pirâmide,
de indio, galio e arsênio. Cada ponto mede cerca
20 nanos de largura e 8 de altura.
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Quantum dots

• Novas propriedades óticas, elétricas e magnéticas

5.5 nm
4.8 nm
4.2 nm
2.3 nm
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Ferramentas

• Visualização e Caracterização
• Síntese

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Ferramentas

• Visualização e Caracterização
• Microscópio de Força Atômica - AFM
• Microscópio de Tunelamento - STM
• Microscópio Eletrônico de Transmissão TEM
• Microscópio Eletrônico de Varredura SEM
• Espectroscopia de Infra-Vermelho
• Espectroscopia Raman
• Ressonância Magnética Nuclear.

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Visualização e caracterização
Microscópio de tunelamento -STM
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Microscópio de força atômica
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Síntese

• Chemical Vapor Deposition CVD
• Molecular Beam Epitaxy MBE
• Litografia por feixe de elétrons
• Feixe de íons
• Síntese Hidrotérmica
• Auto-montagem molecular.

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Síntese
Deposição de vapor químico
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Síntese
Epitaxia por feixe molecular
A técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE )
foi desenvolvido inicialmente para o crescimento
cristalino de semicondutores. É um vácuo ultra-
alto (P lt 10-6 mbar) tecnologia baseada na
evaporação seqüencial dos componentes elementares
colocado em células de efusão de Knudsen . Uma
das vantagens deste método baseia-se no controle
do crescimento em tempo real, graças à utilização
in situ da difração de elétrons de alta energia
em incidência rasante (RHEED).
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Síntese
Feixe de íons
Esta técnica utiliza um feixe de íons altamente
concentrado (geralmente oxigênio ou íons de césio
são usados para amostras inorgânicas ).
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Síntese
Síntese hidrotérmica

• inclui as várias técnicas de cristalização de
  substâncias de soluções aquosas quentes em alta
  pressão de vapor , também denominado método
  hidrotermal.