Nanopartículas

Nanopartículas (dimensionadas entre 1 e 100 nanômetros) são consideradas uma ponte entre materiais a granel e estruturas atômicas ou moleculares. Um material a granel tem propriedades físicas constantes, independentemente do seu tamanho, mas muitas vezes este não é o caso em nanoescala.  

Uma das características importantes das nanopartículas é a sua grande relação entre área superficial e volume (em comparação com materiais a granel). Esta propriedade pode ser ilustrada por um simples experimento mental. Considere um cubo com aresta de 1 metro. Se você cortá-lo em duas partes, criará 2 superfícies adicionais, cada uma com a mesma área de uma das 6 faces originais. Embora o volume total permaneça inalterado pelo corte, a área de superfície aumentou em 33%. Repita este exercício até que todas as partículas atinjam um tamanho de aproximadamente um nanômetro. O resultado é um grupo de pequenas partículas que tem o mesmo volume do cubo original, mas tem uma área de superfície um bilhão de vezes maior. Existem nanomateriais que possuem área superficial equivalente a um campo de futebol para apenas alguns gramas de material.

A grande área superficial torna algumas nanopartículas altamente solúveis em líquidos. Esse comportamento é importante para aplicações em tintas, pigmentos, pílulas medicinais e cosméticos. Uma partícula de ferro de 30 nanômetros tem 5% de seus átomos na superfície, enquanto o restante reside no interior. No entanto, uma partícula de 3 nm possui 50% de seus átomos na superfície. Os átomos na superfície (que não estão ligados de um lado) são muito mais ativos do que os átomos que residem no interior (que estão ligados por toda parte). Um aumento na área superficial geralmente leva a um aumento na reatividade. 

O tamanho das partículas também pode afetar o cor do material, com aplicações na produção de tintas para revistas brilhantes onde os esquemas de cores são de grande interesse. Grandes áreas de superfície também são atraentes para um processo chamado adsorção. A adsorção ocorre quando uma solução gasosa ou líquida se acumula na superfície de um sólido ou líquido (adsorvente) formando uma película de moléculas ou átomos. Grandes áreas de superfície aumentam a adsorção. Este processo é útil em aplicações como conversores catalíticos, dispositivos de purificação de água, tecnologias de recuperação de resíduos e fabricação de desodorantes, perfumes, vernizes e adesivos. 

Uma vez produzidas as nanopartículas, é desejável que elas mantenham suas pequenas dimensões. Contudo, em muitos casos, a aglomeração de pequenas partículas produz aglomerados maiores de material. Quando isso acontece, muitas das vantagens do uso de nanopartículas são perdidas. Os cientistas encontraram maneiras de prevenir a aglomeração de partículas usando surfactantes (revestimentos de superfície especiais) que reduzem as forças de ligação entre as partículas.