Nanomateriais
Imagine ser capaz de ver a estrutura microscópica de um material e perceber que ele é composto por muitos padrões periódicos de átomos ou moléculas da ordem de 100 nm ou menos.
A forma e o tamanho desses pequenos padrões podem afetar as propriedades físicas do material que os contém. Por exemplo, nanopartículas de ouro que diferem apenas em tamanho e forma interagem com a luz de maneira diferente do que pedaços maiores de ouro. O resultado é que as nanopartículas de ouro apresentam cores diferentes daquela que normalmente associamos ao ouro.
Nos “nanomateriais”, o tamanho e a forma dos domínios muito pequenos que compõem o material a granel afetam as suas propriedades. As propriedades físicas (como cor ou condutividade elétrica) dependem do tamanho e da forma dos domínios em nanoescala e são frequentemente resultado de superfície e interface interações entre os domínios e a mídia circundante.
Crédito da imagem: Centro Ames de Nanotecnologia da NASA
Os materiais que são compostos por muitas estruturas pequenas geralmente têm uma área superficial muito grande. A razão é que as áreas superficiais de muitas estruturas pequenas juntas contribuem para uma área superficial muito grande do material a granel. Por exemplo, se um pedaço de material do tamanho de uma caixa de sapatos fosse dividido em esferas de 2 nm de diâmetro, estas esferas contribuiriam para uma área de superfície da caixa de sapatos que corresponderia à área de 10.000 campos de futebol. Não é surpreendente que quando a área superficial é tão grande, as propriedades físicas sejam dominadas pelas interações superficiais.
Os nanomateriais vêm em muitas variedades. Alguns exemplos de materiais que apresentam propriedades interessantes em nanoescala são nanotubos de carbono, nanofios inorgânicos, dendrímeros, nanopartículas, grafeno, e pontos quânticos.
Nanotubos de carbono
Um nanotubo de carbono (CNT) é uma forma tubular de carbono com um diâmetro tão pequeno quanto 0,4 nm e comprimento de alguns nanômetros até um milímetro.
Grafeno
O grafeno é um material bidimensional com um átomo de espessura que consiste em átomos de carbono densamente compactados em uma rede cristalina semelhante a um favo de mel.
Nanofios Inorgânicos
Os nanofios inorgânicos podem ter diâmetros de 1 a 50 nm e qualquer comprimento desejável, talvez até um micrômetro. Eles oferecem propriedades eletrônicas, ópticas e outras interessantes, e podem ser usados no futuro para conectar pequenos componentes em circuitos de pequena escala.
Dendrímeros
Enquanto os polímeros típicos funcionam como cadeias lineares, os dendrímeros são polímeros semelhantes a árvores. Eles se ramificam a partir de um núcleo central, exibindo uma superfície densa circundando um núcleo relativamente oco. Eles são uma série de invólucros químicos construídos em uma pequena molécula central.
Nanopartículas
Nanopartículas (dimensionadas entre 1 e 100 nanômetros) são consideradas uma ponte entre materiais a granel e estruturas atômicas ou moleculares.
Pontos quânticos
Nanoponto de Cr depositado em AFM. James E. Morris e Hui She (2004)
Padrão de estrutura poligonal de nano geometria hexagonal de 6 lados como alótropos de nanotubos de carbono. Crédito da imagem: Quality Stock Arts/bigstock.com
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Propriedades em nanoescala