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segunda-feira, 21 de dezembro de 2009

0 Nova técnica de automontagem permite criação de receitas nanotecnológicas


Esta micrografia eletrônica mostra um compósito produzido por automontagem, no qual as nanopartículas se estruturaram sozinhas para formar uma rede hexagonal. [Imagem: Ting Xu]

Cientistas da Universidade de Berkeley, nos Estados Unidos, descobriram uma forma simples e robusta para convencer as nanopartículas a se estruturarem em desenhos complexos, permitindo a criação de novos materiais com propriedades projetadas para atender necessidades específicas.

A grande promessa da nanotecnologia

Ainda que muitos avanços estejam sendo feitos durante a caminhada, a grande promessa da nanotecnologia sempre foi a possibilidade da construção de nanomáquinas e outros dispositivos "de baixo para cima," usando átomos e moléculas - ou no máximo nanopartículas - como se fossem blocos de Lego, manipulando a matéria a partir de seus elementos mais básicos para criar coisas úteis.

Já existem pinças ópticas, pinças acústicas, pinças elétricas e outros mecanismos de manipulação de nanopartículas usando a luz. São todos muito úteis para operações de laboratório, mas a montagem de um dispositivo funcional com estas técnicas levaria uma eternidade.

Ou seja, se a nanotecnologia quer mesmo atingir o seu objetivo maior, é necessário fazer com que as próprias nanopartículas se organizem, estruturando-se autonomamente em um processo conhecido como automontagem.

Vantagens das nanopartículas

Nanopartículas são porções minúsculas de matéria, mais de 100 vezes menores do que os transistores encontrados no interior dos processadores de computador. Sendo tão pequenas, as nanopartículas são essencialmente superfícies, com quase todas as suas moléculas estando "do lado de fora," em contato com o mundo exterior.

Com isto, qualquer processo que modifique a superfície de uma nanopartícula pode alterar profundamente suas propriedades. Nanopartículas de um determinado material, por exemplo, podem assumir propriedades ópticas, eletrônicas e magnéticas que não são encontradas nesse mesmo material em grandes volumes.


As nanopartículas se organizassem em estruturas de uma, duas e três dimensões, sem nenhuma reação química entre as nanopartículas e os polímeros. [Imagem: Zhao el al./Nature Materials]

A arte da automontagem
Adicionando moléculas específicas a uma mistura de nanopartículas e polímeros, os pesquisadores conseguiram fazer com que as nanopartículas se organizassem em estruturas de uma, duas e três dimensões, sem nenhuma reação química entre as nanopartículas e os polímeros.
Além disso, a aplicação de estímulos externos - como luz ou calor - pode ser usada para dirigir o processo de automontagem das nanopartículas, o que permite obter detalhes estruturais mais precisos e mais complexos.

As estruturas podem ter uma ampla gama de dimensões, do nanoscópico ao macroscópico, permitindo criar, de um lado, peças para nanomáquinas, catalisadores e dispositivos optoeletrônicos e, de outro, materiais com propriedades inéditas para uso industrial tradicional em escala humana.

"A beleza desta técnica é que ela não envolve nenhuma química sofisticada," explica a Dra. Ting Xu, coordenadora da pesquisa. "É uma técnica realmente plug & play, na qual você simplesmente mistura as nanopartículas com copolímeros de bloco e então adiciona quaisquer pequenas moléculas que você precise [para obter as propriedades desejadas]."

Receitas nanotecnológicas

O segredo do processo está nas pequenas moléculas, que funcionam como "mediadoras", juntando as nanopartículas e fazendo-as ligarem-se umas às outras e ao polímero.

O próximo passo da pesquisa será adicionar funcionalidade ao processo de automontagem, caracterizando os materiais para a obtenção de materiais determinados.

É mais ou menos como se os pesquisadores tivessem descoberto que juntar farinha, ovos e leite cria uma massa - agora eles precisam definir os ingredientes precisos para fazer bolo de chocolate, bolo de coco, tortas e assim por diante.

"Junte os componentes certos - nanopartículas, polímeros e pequenas moléculas - e estimule a mistura com a combinação correta de calor, luz e alguns outros fatores, e esses componentes irão gerar padrões e estruturas complexos. Não é muito diferente do que a natureza faz," diz Xu. Ou as cozinheiras.

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