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EDIÇÃO 2013

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Ética Profissional

Como todas as profissões, a engenharia exige procedimento ético,

conforme previsto no Código de Ética Profissional do Engenheiro, do

Arquiteto e do Engenheiro Agrônomo.

Estes procedimentos são deveres dos profissionais da Engenharia, da

Arquitetura e da Agronomia, registrados no CREA, no desempenho de

serviços de engenharia.

Considerar a profissão como alto título honorífico, utilizando ciência e

consciência, o que significa que o profissional tem que ter conhecimento

técnico adequado, cujo primeiro dever ético é dominar as regras para

desempenho de sua atividade, estando obrigado a desenvolver um

processo de educação continuada para se por a par do estado e adotar

elevado padrão ético e moral no desempenho dessas funções sócias.

Engenheiro Moussa Salem Simhon

Moussa Salem Simhon Engenheiro Industrial Mecânico FEI -PUC – 1967

SP 1967 - 42 anos de Experiência em chão de

fábrica

Mestre em Engenharia Industrial

Foi Professor associado FATEC – FAAP -

MAUA 25 anos onde ministrou mais de 100

cursos lato Census.

Foi Consultor de manufatura da câmara Brasil

Alemanha sete anos até 1992 onde ministrou

mais

de 100 cursos lato Census.

Atuou em processos de fabricação – 20 anos

Atuou no ramo ferroviário 20 anos

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Trecho da Palestra de Feynman

“The head of a pin is a sixteenth of an inch across.

If you magnify it by 25,000 diameters, the area of

the head of the pin is then equal to the area of

all the pages of the Encyclopaedia Brittanica.

Therefore, all it is necessary to do is to reduce in

size all the writing in the Encyclopaedia by

25,000 times.

Is that possible? The resolving power of the eye

is about 1/120 of an inch---that is roughly the

diameter of one of the little dots on the fine half-tone

reproductions in the Encyclopaedia.

This, when you demagnify it by 25,000 times, is still

80 angstroms in diameter---32 atoms across, in an

ordinary metal.

In other words, one of those dots still would

contain in its area 1,000 atoms. So, each dot

can easily be adjusted in size as required by the

photoengraving, and there is no question that there

is enough room on the head of a pin to put all of

the Encyclopaedia Brittanica

* Em 1959 Richard Feynman profere a famosa palestra

"There's Plenty of Room at the Bottom", sobre as

perspectivas da miniaturização: a enciclopédia

Britânica poderia ser escrita na cabeça de um

alfinete.

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Prefacio

Capítulo I

Introdução

I Introdução à nanotecnologia e suas aplicações

Capitulo II

NanoCiência

I. Introdução a nanoeletrônica quântica

II Introdução a Química Supramolecular

Capitulo III

O Mundo Nano

I. Nano partículas

1. Definição

2. Eletrônica Molecular

3. Nano escalas

4. Nanociência x Nanotecnologia (N&N)

5. Alguns Aspectos Importantes e Influência dos Efeitos de Redução

de Tamanho nas Propriedades de Materiais Nano estruturados.

6. Glossário Nano

7. Tipos

II. Nano estruturas

1. Definição

2. Manipulando a matéria em escala nano

3. Fabricação de nanoestruturas

4. O caminho de baixo para cima (Botton-up)

5. O caminho de cima para baixo (Top-down)

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6. Nano partículas em camadas

7. Cálculo do número de átomos que formam uma nano partícula

III Nano materiais

1. Nano materiais Magnéticos Funcionalizados para aplicação

biomédica e biotecnológica

2. Química de Materiais – Nano materiais: síntese, caracterização e

Aplicações de materiais em escala nano métrica

3. Química de Colóides e Interfaces Preparação e caracterização de

nano materiais híbridos

4. Nanotecnologia de gravação – Nano materiais Magnéticos auto-

organizados e nano estruturados para aplicação em sistemas de

gravação magnética de ultra-alta densidade (Tbits/inch square)

5. Química de Materiais estudos estruturais em nano partículas

metálicas e recobertas com óxidos em estruturas do tipo casca-caroço

(core-shell)

6. Técnicas Empregadas

7. Existem quatro classes principais em que são em geral clasificados

os nanomateriais

8. Fulereno

9. Nanotubos de carbono

10. Nanofios

11. Ponto Quântico

12. Filmes Nano estruturados de Carbono

13. Nano compósitos

14.Nano Cargas e Nano Partículas

15 Óxidos Nano particulados

Capitulo IV

Instrumentação e Técnica usadas

I Instrumentação

A. Instrumentos – que utilizam feixe de elétrons

1. Microscópio Eletrônico de Transmissão

2. Microscópio Eletrônico de Varredura

B. Instrumentos que utilizam “pontas de prova”

1. Microscópio de Efeito Túnel (STM).

2. Microscópio de Força Atômica (AFM)

3. Microscopia de força Magnética

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4. Outros

II Técnicas

1. Difratometria de Raios X – DRX

2. Espectroscopia

1. Espectroscopia de Energia Dispersiva de Elétrons – EDS

2. Espectroscopia de Auger

3. Espectroscopia Vibracional na Região do Infravermelho - IV

4. Espectroscopia Raman

5. Espectroscopia Mössbauer

6. Absorção Atômica e de Plasma – ICP

Apêndice

I Conceitos quânticos

II Noções de mecânica quântica

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Prefacio

Gulliver no pais dos lilliput

Não é fácil entrar no universo do definitivamente pequeno, ou até mesmo

falar sobre isso, pois requer um conhecimento muito profundo das leis da

natureza que governam o mundo que nós não possuímos.

As forças encontradas para determinar a maneira pela qual pequenas

partículas se movem e também dar lhes propriedades através de

mecanismos nem sempre vêm da comprovação de fatos naturais.

Procurar refúgio no jargão matemático que poucas pessoas "normais"

podem entender, e ainda, para realmente apreciar a força da lógica das leis

da física, não se pode evitar a matemática, pois, é a única linguagem que

pode explicar o que não se pode dizer com palavras.

Fazer uma viagem ao mundo do muito pequeno não é de todo

compreensível para os nossos sentidos, acostumados com o "pequeno"

todos os dias, quando entrarmos no infinitesimal, lá, as coisas se

comportam de forma muito diferente do habitual no nosso mundo real.

O escritor Jonathan Swift nos deixou aquelas histórias fantásticas de

Gulliver, o aventureiro que veio para a terra de Lilliput, onde as pessoas

pequenas vivem. Tudo ali era muito pequeno: natureza, plantas e animais,

tudo foi feito em pequenas escalas.

Ele estava lá como um "homem da montanha" gigante. Diante do mundo

fantástico da mecânica quântica.

E, finalmente, os físicos perguntaram: Qual é o tamanho dos átomos nesses

lugares, e que tipo de reações químicas poderiam ocorrer com os átomos do

corpo de Gulliver?

Com estas perguntas a história começa a falhar. A verdadeira razão para

que as Viagens de Gulliver não podem existir é que as leis da natureza não

permanecem exatamente o mesmo quando a escala mudar.

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Às vezes, isso é evidente em filmes de desastres, onde costuma-se construir

um modelo em escala pequena para simular uma grande onda ou um

incêndio ou um arranha-céu.

Os melhores resultados são obtidos quando o fator de escala é escolhido

para o tempo igual à raiz quadrada da escala espacial. Então, se o arranha-

céu é construído à escala 1:9, nós temos que fazer o filme de um terço de

sua velocidade real. Mas, mesmo assim, o olho treinado vai notar

diferenças entre o que acontece no filme e o que aconteceria no mundo

real.

A verdade é que as leis que regem o mundo físico têm duas características

importantes: muitas leis da natureza permanecem os mesmos quando você

muda de escala, mas existem outros fenômenos que não mudam da mesma

maneira. A implicação final é que o mundo dos objetos muito pequenos

será completamente diferente do mundo ordinário.

Especialmente no mundo dos seres vivos cria se diferenças de escala

significativa. Em muitos aspectos, a anatomia de um mouse é uma cópia de

um elefante, mas ao mesmo tempo um rato pode escalar uma parede de

rocha quase vertical, sem muito esforço (e pode ser derrubado de uma

altura várias vezes o seu tamanho sem fazer um grande dano), um elefante

não seria capaz de realizar tal façanha.

De modo geral, podemos dizer que os efeitos da gravidade são menos

importantes do menor os objetos que consideramos (vivos ou inanimados).

Quando aos seres unicelulares, vemos que entre eles não há distinção entre

para cima e para baixo. Para eles, a tensão superficial da água é muito mais

importante do que a força da gravidade.

Basta observar que a tensão superficial é a força que molda uma gota de

água.

A tensão superficial é um resultado de todas as moléculas e átomos que se

atraem um ao outro com uma força que chamamos de Van der Walls .

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Essa força tem uma gama muito curta. Para ser mais preciso, podemos

dizer que a intensidade dessa força a uma distância r é aproximadamente

proporcional a 1 / r exp 7.

Quando os átomos e as moléculas são muito próximos uns dos outros são

muito fortemente ligados por esta força.

Johannes van der Diderik Walls (1837 - 1923), no final de sua carreira

apresentou uma tese que o faria famoso, "Sobre a continuidade do estado

líquido e gasoso”.

Esse trabalho revolucionou o mundo científico, o famoso físico James

Clerk Maxwell, ficou muito impressionado com sua leitura, aconselhou

alguns pesquisadores começaram a estudar holandês, a língua de Walls Van

der que receberam o Prêmio Nobel em 1910.

Os tamanhos dos microrganismos unicelulares, plantas e animais, são

medidos em mícrons, em que um mícron é 1/1000 de um milímetro,

aproximadamente o tamanho da menor detalhe que pode ser vista com um

microscópio comum.

O químico vê átomos como objetos aproximadamente esférica, com um

diâmetro de um a vários angstrom, angstrom é 1/10.000, de um mícron, ou

seja, 10 ¹ ⁰ m (um décimo de bilionésimo de metro).

Praticamente toda a massa de um átomo está em um pequeno grão

localizado no centro, chamado de núcleo.

Estamos em um momento em que há uma convicção de que muito do

desenvolvimento tecnológico do futuro dependerá da nossa capacidade de

fabricar dispositivos com um tamanho entre os átomos menor de que (<1

mm) e os dispositivos atuais (≈ 100 nm).

Com estas dimensões, o material mostra um comportamento distintivo, em

muitos casos, de origem quântica, que não é um simples extrapolação das

suas propriedades macroscópicas (mecânica, eletrônica, magnético, óptico

ou químico), e, assim, são muitas vezes surpreendentes .

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Estas dimensões correspondem ao limite território entre a química

molecular e supramolecular e física do estado sólido.

O estudo da matéria em nanoescala e sua utilização para a fabricação de

compostos (componentes) e dispositivos com serviços avançados e

inovadores são chamados, respectivamente, nanociência e nanotecnologia.

Simhon Moussa

19/09/2012

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CAPITULO I

INTRODUÇÃO

I Introdução à nanotecnologia e suas Aplicações

A nanotecnologia se fundamenta no desenvolvimento de técnicas e de

ferramentas adequadas para posicionar átomos e moléculas em locais

previamente estabelecidos, de maneira a obter estruturas e materiais de

interesse.

Para tanto, estão sendo constantemente desenvolvidos instrumentos

adequados para trabalhar nessa escala microscópica.

As partículas nano embora sendo do mesmo elemento químico se

comportam de forma distinta – em relação às partículas maiores - em

termos de cores, propriedades termodinâmicas, condutividade elétrica, etc.

Portanto, o tamanho da partícula é de suma importância porque muda a

natureza das interações das forças entre as moléculas do material e assim,

muda os impactos que estes processos ou produtos nano tecnológicos tem

junto ao meio ambiente, a saúde humana e a sociedade como um todo.

Pesquisas e desenvolvimento em nanotecnologia estão presentes em várias

áreas, tais como a Física, a Química, a Biologia, a Engenharia de Materiais,

a Eletrônica e a Medicina.

Materiais nano-estruturados como o nano-aço poderão ser mais fortes e

resistentes, enquanto ainda mais leves que o aço de hoje. Com os novos

nano-materiais baseados na revolucionaria aglomeração de nanotubos de

carbono.

Será possível construir aeronaves, navios, submarinos e veículos terrestres

de elevado tamanho e potência, de ultra-alta resistência e extrema leveza,

com ampla redução de custos de construção e operação, além de potencial

velocidade na construção e reparação.

Com os novos nano-materiais baseados na revolucionária aglomeração de

nanotubos de carbono, será possível criar baterias elétricas muitíssimo

menores – nano-baterias, e com muito mais energia.

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A nanotecnologia representará uma rara e gigantesca oportunidade para os

Países que a desenvolverem dar um salto tecnológico e avançarem

diretamente para a nova fronteira do conhecimento.

Nanotecnologia é a tecnologia à escala do muito pequeno.

Ela se refere a uma série de técnicas utilizadas para manipular a matéria na

escala de átomos e moléculas.

Atualmente existem as três seguintes abordagens distintas para a

nanotecnologia:

1. Abordagem “Top-down” (de cima para baixo) e relacionada com a

construção de dispositivos por desgaste de materiais macroscópicos, que é

utilizada em microeletrônica, para produção de “chips” de computadores.

2. Formação espontânea de dispositivos, a partir de seus componentes

moleculares, utilizando técnicas tradicionais de Química e de Ciências dos

Materiais.

3. “Botton-up” (de baixo para cima) que possibilita a construção de

estruturas átomo por átomo ou molécula por molécula, só disponível com

avanços e aperfeiçoamentos tecnológicos uma vez que necessita de

controle muito rigoroso e fino da matéria.

Um levantamento sumário nas publicações que circulam sobre

nanotecnologia aponta para os seguintes produtos e serviços que já

estariam no mercado:

Tecidos resistentes a manchas e que não amassam;

Raquetes e bolas de tênis;

Capeamento de vidros e aplicações antierosão a metais;

Filtros de proteção solar;

Material para proteção (“screening”) contra raios ultravioleta;

Tratamento tópico de herpes e fungos;

Nano-cola, capaz de unir qualquer material a outro;

Pó antibactéria;

Diversas aplicações na medicina como cateteres, válvulas cardíacas, marca-

passo, implantes ortopédicos;

Produtos para limpar materiais tóxicos;

Produtos cosméticos;

Sistemas de filtração do ar e da água.

Microprocessadores e equipamentos eletrônicos em geral;

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Polimento de faces e superfícies com nanotecnologia sem micro-riscos.

As aplicações mais simples da nanotectologia talvez sejam as mais

promissoras. A criação do material mais escuro do mundo, que absorve

mais de 99,9% de toda a luz que recebe pode permitir um novo patamar no

aproveitamento da radiação solar para geração de energia elétrica. Outra

área de desenvolvimento promissor da nanotecnologia é a geração de

eletricidade em termopar (Efeito Seebeck) semicondutor.

Semicondutores não são indicados para um termopar de energia elétrica

através do calor na escala macroscópica. Sabe-se, contudo, que junções

semicondutoras podem gerar energia elétrica através da luz recebida em

células fotovoltaicas e nesse sentido estuda-se converter calor diretamente

em energia elétrica com semicondutores na escala da nanotecnologia.

Na mesma linha estuda-se refrigerar um ambiente através de termopares da

nanotecnologia em efeito análogo (Efeito Peltier).

Foto luminescência

Atualmente materiais luminescentes são aplicados em diversos dispositivos

utilizados no dia a dia, tais como: LEDs, displays de relógios, calculadoras,

celulares, painéis eletrônicos, além de outros. Os pesquisadores,

observaram propriedade fotoluminescente em materias amorfos, obtidos à

baixa temperatura.

Sinterização por micro onda

O processo de sinterização cerâmica se dá durante tratamento térmico dos

materiais cerâmicos, após este tratamento o material cerâmico fica mais

compacto, e resistente a corrosão e a rupturas. O institutos de pesquisa

estudam este processo através de algumas variáveis, entre elas, o tempo e a

temperatura de sinterização (queima).

Fitas nanométricas de óxido de estanho

As nanofitas fazem parte de uma ciência que desenvolve formas de

manipular a matéria em uma escala de nanômetros, a bilionésima parte do

metro. Essa tecnologia deve estar disponível para o uso do

desenvolvimento de vários equipamentos, da área optica e eletrônica,

menores, mais eficientes e de baixo custo.