NANOTUBOS DE CARBONOS

O que é nanotecnologia?

A nanotecnologia é o estudo de manipulação da matéria em escala atômica e molecular e incluí o desenvolvimento de materiais que está associada a diversas áreas como a medicina, eletrônica, ciência da computação, física, química, biologia e engenharia dos materiais entre outras. A atuação nessas áreas tem como princípio básico a construção de estruturas e novos materiais a partir dos átomos onde o objetivo principal não é chegar a um controle individual dos átomos, mas elaborar estruturas estáveis com eles.

No entanto, a definição nanotecnológica mais simples é dada matematicamente sendo, para isso, considerado um nanômetro (nm) correspondente a um metro dividido por um milhão (1 nm=10-9m).

 

Apesar de ser um termo tão atual, a nanotecnologia já era desenvolvida na antiguidade, onde os romanos produziam artefatos com nanopartículas de ouro, como famoso Cálice de Licurgo, que, dependendo de como é iluminado, varia entre as colorações esverdeadas e avermelhadas. No entanto, foi somente em 1959, na palestra do americano Richard Feyman, que o termo da nano foi aplicado, por isso é considerado o ponto inicial da utilização da nanociência e da nanotecnologia. Mas, o termo nanotecnologia só foi popularizado com Eric Drexler, na década de 80.

Nanotubos de carbono

Desde 1991, os cientistas têm pesquisado mais uma fibra com enorme potencial econômico: os nanotubos de carbono.

Nanotubos de carbono são folhas de grafeno enroladas de maneira a formar uma peça cilíndrica com diâmetro próximo de 1nm. Dependendo de como a folha de grafeno é enrolada, os nanotubos podem apresentar propriedades metálicas ou semicondutoras. Em linha gerais, os nanotubos também apresentam: alta resistência mecânica, alta flexibilidade, características elétricas e térmicas.

De acordo com dissertação de mestrado apresentada por Dunieskys Roberto González Larrudé ao Programa de Pós-Graduação em Física da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, “na última década, três métodos principais foram utilizados para a obtenção de nanotubos de carbono, dois métodos de altas temperaturas, o método de descarga por arco e o de ablação por laser, e um método de baixa temperatura, o método de disposição química por vapor (CDV do inglês, Chemical Vapor Deposition)”.

Os nanotubos de carbono possuem um vasto campo de aplicação prática, como: a construção de transistores para circuitos eletrônicos, produtos esportivos como tacos de basebol, fabricação de telas coloridas dobráveis, biotecnologia, roupas inteligentes e resistentes, etc.

Para entender o que é um nanotubo de carbono (CNT, do inglês carbon nanotube), pegue uma folha de papel, e enrole-a, encostando uma das extremidades da folha na outra, sem sobrepor material. Esse enrolamento, no caso dos CNTs, é feito quimicamente em “folhas” monoatômicas de grafite – sim, praticamente o mesmo que você usa no seu lápis. A estrutura química dessa substância – que permite a você escrever com ela – também permite a separação de camadas finíssimas do material. Idealmente, essas camadas têm exatamente um átomo de espessura, porém é possível separar camadas mais grossas.

Com a “folha” de grafite separada do resto do material – através de reações químicas complexas, envolvendo calor, eletricidade e metais como o ferro, o níquel ou o cobalto – os cientistas forçam o carbono a criar um túnel, semelhante àquele criado por você ao enrolar a folha de papel. Como na química é muito difícil algo existir com “pontas soltas”, entretanto, os nanotubos de carbono apresentam tampas – também formadas por átomos de carbono – em suas extremidades.

Até agora os CNT apresentam dois desafios aos cientistas. O primeiro deles é a dificuldade em se obter fibras longas. Até o presente momento, não se conseguiu produzir, de maneira confiável, nanotubos de carbono com mais do que poucos milímetros de comprimento. Além desse problema, existe também a necessidade de se descobrir como produzir esse material em larga escala, para uso industrial.

Mas para que servem os nanotubos de carbono?

Uma resposta rápida e direta seria: para quase tudo. Dependendo da maneira com que são produzidos, os CNTs apresentam características físicas e químicas diferentes. Como podem apresentar diversas configurações moleculares, cada uma dessas estruturas se comporta de modos até mesmo opostos às moléculas de mesma composição.

Por exemplo, dependendo da maneira com que os átomos de carbono estão dispostos na estrutura, o CNT pode ser condutor ou semicondutor. Um nanotubo condutor é até 1000 vezes mais eficiente na transmissão de eletricidade do que os fios de cobre utilizados atualmente. Já um nanotubo semicondutor, por suas dimensões reduzidas, pode ser utilizado para incluir – em objetos de dimensões mínimas – circuitos eletrônicos refinados. Uma das possíveis aplicações dos CNTs é a construção de nano processadores capazes de substituir os chips produzidos atualmente, feitos com silício. Isso é importante por diversos motivos, entre eles a diminuição da necessidade de mineração, já que o grafite pode ser produzido em laboratório a partir de outros materiais, e também por diminuir o tamanho de equipamentos eletrônicos e computacionais a dimensões microscópicas.

Outras aplicações dos nanotubos de carbono estão voltadas à conservação e transmissão eficiente de energia. No Massachussets Institute of Technology (MIT), pesquisadores conseguiram transformar grupamentos de nanotubos de carbono e fulerenos – uma molécula de carbono com estrutura semelhante à de uma bola de futebol – em células solares, capazes de capturar e transmitir a energia solar de maneira mais eficaz que as células fotovoltaicas atualmente em uso.

Ainda no âmbito de energia elétrica, os CNTs podem ser alinhados sobre uma folha de celulose – principal componente do papel. Nessa configuração, cada nanotubo age como um eletrodo, capaz de conter e transmitir energia. Assim, essa folha de papel se transforma num tipo de bateria. Além de poder fornecer energia de forma contínua e regular – como uma pilha comum – a bateria de papel também se comporta como um supercapacitor – semelhante aos componentes responsáveis pelos flashes das máquinas fotográficas – capaz de distribuir um pulso enorme de energia em questão de milissegundos.

Saindo da eletrônica, nanotubos de carbono poderão ser usados – quando sintetizados em comprimentos maiores do que os atingidos atualmente – na indústria têxtil, substituindo outras fibras na composição de tecidos de alta resistência. Alguns cientistas, testando as propriedades físicas do material, concluíram que uma roupa tecida de CNTs seria uma armadura corporal mais eficiente do que o kevlar – material utilizado na fabricação de coletes à prova de balas.

Ainda contando com a extraordinária resistência à tensão dos nanotubos, estes poderão ser utilizados na construção civil, substituindo cabos de aço. Testes de laboratório indicam que a resistência à quebra de um CNT é quase duzentas vezes maior do que a de um cabo de aço. Essa mesma resistência também leva a NASA – agência espacial norte-americana – a testar compostos de CNTs na construção da fuselagem de foguetes e ônibus espaciais.

Quando essas maravilhas estarão ao meu alcance?

Muitos outros usos para esse material ainda serão descobertos ou inventados até que a produção em escala industrial se torne realidade. Em termos de ciência de materiais, provavelmente os nanotubos de carbono são o assunto mais pesquisado e discutido nos últimos anos, e isso não tende a mudar tão cedo.

Entretanto, como a tecnologia muda com uma velocidade impressionante, a previsão de alguns anos para a chegada de equipamentos criados a partir de CNTs pode ser abreviada sem nenhum aviso. O composto do futuro pode estar disponível ao público mais cedo do que se imagina.

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