Nanotecnologia - Novos Materiais

Nanotubos

             • Nanotubos de Carbono

             Pesquisadora da USP estuda novos compostos de carbono que podem ser aplicados em vários setores tecnológicos

             Pesquisadores do Instituto de Química da Universidade de São Paulo (USP) estão analisando uma nova classe de compostos de carbono, os nanotubos, que podem ser usados em diversas áreas, desde ponta de prova (parte do microscópio que entra em contato com a superfície a ser analisada) em microscópios de força atômica até como condutores em microcircuitos. Visíveis somente com microscópios eletrônicos -- seu comprimento é da ordem de micrômetros e seu diâmetro, de nanômetros, medidas próximas das de um átomo --, os nanotubos são obtidos pela vaporização do grafite.

             "Existem duas maneiras de sintetizar os nanotubos. Uma é vaporizando o grafite com pulsos de laser de alta energia, usando átomos de níquel ou cobalto como catalisadores. Outra, mais econômica, é vaporizar o grafite através de uma corrente elétrica, usando ferro ou níquel como catalisadores", diz Paola Corio, coordenadora da pesquisa. Após ser vaporizado, o composto de carbono se condensa, fazendo com que surja uma grande quantidade de nanotubos. "Em termos físicos, seu formato é de um cilindro muito longo, formado por uma folha de grafite enrolada, e sua cor é preta", explica Corio.

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Quatro formas cristalinas do carbono: diamante, grafita, C60 e uma pequena porção de um nanotubo de carbono (10,10)

             Outra característica interessante dos nanotubos é que eles podem ser semicondutores ou metálicos. "O comportamento metálico significa que as propriedades de condução de eletricidade do nanotubo se comparam às dos metais. Já nos semicondutores, as condições para o transporte de energia dependem de alguns parâmetros, que podem ser controlados", conta Corio. Esses fatores estão ligados à relação comprimento/diâmetro dos nanotubos. Por terem um comprimento muito maior que o seu diâmetro, sua condução elétrica acontece ao longo de seu eixo principal. Os nanotubos que têm diâmetro menor apresentam características semicondutoras, e os com maior diâmetro, metálicas. "Não é necessário que haja diferença nas ligações químicas entre os átomos de carbono nos diferentes nanotubos, é só uma questão de simetria. Especula-se a possibilidade de definir uma característica desejada para o nanotubo, usando apenas átomos de carbono com estruturas geométricas definidas", revela a pesquisadora.

Modelos esquemáticos para nanotubos de carbono de parede única. A figura mostra também os fulerenos que dão origem aos nanotubos - formam as suas extremidades. E interessante observar que existem nanotubos de diferentes diametros e helicidades.

             Segundo Corio, os nanotubos podem ser aplicados em diversas áreas de nanotecnologia. "Já estão sendo empregados materiais à base de nanotubos de carbono como pontas de prova em microscópios de força atômica, obtendo imagens de sistemas biológicos com alta resolução", diz. Foram sugeridos também outros usos, como condutores em microcircuitos, fibras para usos diversos -- eles têm uma estrutura mais leve e mais resistente do que as fibras de carbono tradicionais -- e na fabricação de materiais para absorção de gases, pois eles conseguem absorver uma grande quantidade de hidrogênio. "A princípio, podemos sintetizar um nanotubo com propriedades metálicas ou semicondutoras para cada tipo de aplicação".
             As pesquisas com o material começaram em 1991, quando se observou que o mesmo processo que formava os fulerenos fazia com que surgissem pequenos tubos de carbono. Os fulerenos são a terceira forma pura de carbono descoberta, depois do diamante e do grafite, composta por 60 átomos de carbono. Seu formato se assemelha ao de uma bola de futebol, onde os vértices dos pentágonos e hexágonos são os átomos de carbono. Os estudos com nanotubos vêm sendo feitos no Instituto de Química da USP desde meados do ano passado.

Leonardo Zanelli
Ciência Hoje On-line                                                                

Matéria retirada do site ciência Hoje

             Aplicações

             Existem três importantes campos de pesquisa com nanotubos de carbono: o estudo químico das estruturas nanométricas, suas aplicações biomédicas e seu emprego na área de eletrônica. No que diz respeito ao primeiro campo, os estudos se voltam para a produção de materiais constituídos de plástico, resina ou cerâmica associados a nanotubos de carbono. Os pesquisadores procuram desenvolver técnicas para alterar propriedades da superfície do carbono, de modo a permitir que moléculas de outros materiais possam aderir às paredes dos nanotubos.

As fibrilas das patas das lagartixas permitem intensa adesão, suficiente para que o animal caminhe de cabeça para baixo, sustentando o peso de seu corpo. Com base nessas estruturas, temos nanotubos de carbono com grande capacidade de adesão superficial (no detalhe, imagem obtida por microscopia eletrônica de varredura).

             No âmbito das aplicações biomédicas, o emprego de nanotubos de carbono permite estudar processos que ocorrem no interior de células, a partir da injeção de material no citoplasma. Nessa área, pretende-se viabilizar a liberação controlada de fármacos por meio dessas estruturas.
A terceira grande promessa da tecnologia dos nanotubos de carbono, talvez a mais conhecida, está no campo da física. Dizem que essa é a área em que os estudos estão menos avançados, mas na qual as aplicações são as mais promissoras. “Em eletrônica, os nanotubos servem de material condutor, podendo, portanto, constituir componentes como transistores e diodos de proporções nanométricas”, afirmou.

             Além da eletrônica, duas outras áreas podem se beneficiar do novo material. Na fotônica, o uso de nanotubos permite transformar energia elétrica em luz e vice-versa, onde trabalhos já são desenvolvidos nesse campo, sobre o comportamento de elétrons após a emissão de luz em material nanométrico. Outra área da física bastante interessada nos nanotubos de carbono é a spintrônica, que investiga a aplicação eletrônica dos compostos associada a propriedades magnéticas. Seu principal uso que surge daí é o desenvolvimento de novos dispositivos de armazenamento de dados.