Memórias alcançam nível molecular com automontagem de nanopartículas

Cientistas da Universidade de Berkeley, nos Estados Unidos, descobriram uma técnica inédita e de fácil implementação para fazer com que nanopartículas auto-organizem-se sobre grandes superfícies.A técnica deverá trazer avanços sem precedentes na densidade dos dispositivos de armazenamento de dados, incluindo discos rígidos e memórias não-voláteis, além de uma série de outras possibilidades de aplicações nanotecnológicas.

Memórias e células solares

"Eu acredito que o novo método que nós desenvolvemos irá transformar as indústrias de armazenamento de dados e microeletrônica, além de abrir possibilidades para aplicações inteiramente novas," diz Thomas Russell, um dos participantes do estudo.

Entre as outras possibilidades de aplicação, a automontagem das nanopartículas poderá permitir a fabricação de tipos totalmente novos de células solares fotovoltaicas, a um custo mais baixo do que as atuais.

Automontagem de nanopartículas

A automontagem significa que as estruturas de armazenamento de dados, como a superfície de um disco rígido, por exemplo, serão construídas de baixo para cima, a partir de nanopartículas, que serão capazes de se estruturar sem intervenção. Hoje elas são feitas de cima para baixo, com técnicas de fotolitografia que estão se aproximando de seus limites físicos.

"A densidade alcançável com a tecnologia que nós desenvolvemos poderá potencialmente colocar o conteúdo de 250 DVDs na superfície de uma moeda de 1 centavo," explica Ting Xu, outro participante da pesquisa.

Copolímeros de bloco

A técnica emprega moléculas de um filme feito com copolímeros de bloco - duas ou mais cadeias poliméricas quimicamente diferentes ligadas entre si. Essas moléculas montam-se autonomamente em padrões extremamente precisos e equidistantes quando espalhadas sobre uma superfície adequada.

Esse mecanismo de automontagem dos copolímeros de bloco é conhecido há mais de uma década, mas os pesquisadores vinham tendo dificuldades em utilizá-lo na indústria porque a ordem das moléculas começa a se quebrar quando a área utilizada é muito grande.

Quando a formação se quebra, os domínios individuais não podem ser lidos ou escritos, o que inviabiliza sua utilização prática no armazenamento de dados.

Molde de safira

A solução encontrada por Russel e Xu foi colocar o filme de copolímeros de bloco sobre uma superfície de cristal de safira, um material disponível comercialmente.

Quando o cristal de safira é cortado em ângulo e aquecido a uma temperatura entre 1.300 e 1.500 graus centígrados, sua superfície se reorganiza em um padrão altamente ordenado em um formato parecido com a lâmina de um serrote. Esse formato de dente-de-serra pode então ser utilizado como molde para guiar o processo de automontagem dos copolímeros de bloco.

Com esta técnica, os pesquisadores construíram conjuntos de elementos nanométricos sem defeitos, com estruturas de apenas 3 nanômetros de largura. Essas dimensões traduzem-se em uma densidade de armazenamento de dados de 10 terabits por polegada quadrada - 1 terabit é equivalente a 1 trilhão de bits.

Para conhecer outra pesquisa envolvendo a automontagem de copolímeros de bloco, em um estágio mais próximo à utilização industrial, veja Automontagem molecular chega aos discos rígidos.

Bibliografia:


Macroscopic 10-Terabit-per-Square-Inch Arrays from Block Copolymers with Lateral OrderSoojin Park, Dong Hyun Lee, Ji Xu, Bokyung Kim, Sung Woo Hong, Unyong Jeong, Ting Xu, Thomas P. RussellScience20 February 2009Vol.: 323: 1030-1033DOI: 10.1126/science.1168108

Nanopartículas viram nanoestruturas complexas com ajuda do magnetismo

Agência Fapesp

05/03/2009

O que uma flor e o planeta Saturno têm em comum? A resposta está em determinadas simetrias, compartilhadas por ambos e que são frequentemente observadas na natureza.
Agora, um grupo de cientistas conseguiu criar um conjunto de condições por meio do qual minúsculas partículas em uma solução se agrupam nessas formas complexas, mas na escala nanométrica (com medidas na ordem do bilionésimo de metro).

Nanoestruturas complexas

Ao magnetizar uma solução líquida, pesquisadores das universidades Duke e de Massachusetts, nos Estados Unidos, conseguiram pela primeira vez fazer com que materiais, tanto magnéticos como não magnéticos, formassem intrincadas formas nanométricas.

Estruturas resultantes podem ser agrupadas de modo permanente, o que abre a possibilidade de usá-las como blocos de montar básicos para as mais diversas áreas e aplicações, como óptica avançada, armazenamento de dados ou bioengenharia.

Segundo o estudo, publicado na edição de 19 de fevereiro da revista Nature, mudar os níveis de magnetização dos fluidos controla como as partículas são atraídas ou repelidas umas pelas outras. Ao ajustar essas interações, as partículas magnéticas e não magnéticas se agrupam em estruturas complexas, de modo semelhante à formação de um floco de neve em torno de uma microscópica partícula de pó.

Magnetização de fluidos

"Demonstramos que mudanças sutis na magnetização de um fluido podem criar um ambiente no qual a mistura de diferentes partículas se agrupa em superestruturas complexas", disse Randall Erb, da Universidade Duke, um dos autores do estudo.

Os pesquisadores formaram as nanoestruturas em ferrofluido, uma solução de nanopartículas suspensas formadas por compostos que contêm ferro. Uma das propriedades únicas desses fluidos é que eles se tornam altamente magnetizados na presença de campos magnéticos externos.

"A chave para a formação dessas nanoestruturas é ajustar as interações entre partículas magnetizadas positiva ou negativamente. Isso é possível por meio da variação da concentração de partículas ferrofluidas em uma solução", disse Erb.

Flor de Saturno

Segundo ele, as formas obtidas, que lembram uma flor ou o planeta Saturno, são apenas os primeiros exemplos de uma ampla gama de nanoestruturas que podem ser formadas por meio da nova técnica.

Estudos anteriores haviam conseguido criar minúsculas estruturas feitas de um único tipo de partícula, mas a nova pesquisa é a primeira a demonstrar a formação de nanoestruturas complexas em soluções que contêm diversos tipos de partículas.

A complexidade dessas estruturas determina como elas podem ser usadas. "Podemos obter uma rica variedade de estruturas diferentes ao mudar o tamanho, tipo e grau de magnetismo das partículas", disse Benjamim Yellen, da Universidade de Massachusetts, outro autor do estudo.

Para o cientista, tais nanoestruturas poderão ser usadas, por exemplo, em dispositivos ópticos avançados, como sensores, nos quais formas diferentes podem ser produzidas para possuir propriedades ópticas específicas.

Bibliografia:

Magnetic assembly of colloidal superstructures with multipole symmetryRandall M. Erb, Hui S. Son, Bappaditya Samanta, Vincent M. Rotello, Benjamin B. YellenNature19 February 2009Vol.: 457, 999-1002DOI: 10.1038/nature07766

Fonte: Inovação Tecnológica

IV Olimpíadas de Robôs 2009 - UFJF

As Olimpíadas de Robôs contam com a participação de estudantes de Juiz de Fora e região e consistem numa série de competições de robótica. Esse ano o evento será dividido em seis modalidades:

· Futebol de Robôs Rádio Controlados;

· Futebol de Robôs Autônomos; · Prova Especial;

· Desafio MindStorms para calouros;

· Prova Especial (para estudantes do ensino fundamental e médio);

· Desafio MindStorms (para estudantes do ensino fundamental e médio).

No Futebol de Robôs Rádio Controlados, as equipes se enfrentam com seus robôs numa prova que simula uma partida de futebol. Já no Futebol de Robôs Autônomos, estes são programados para o jogo sem que haja intervenção humana durante as partidas. A prova especial é um desafio proposto às equipes que, em edições anteriores do evento, foram provas como a elaboração de um protótipo de um robô capaz de recolher e identificar bolinhas coloridas espalhadas pelo campo ou um robô que fosse capaz de encontrar a saída de um labirinto sendo conduzido através de mecanismos foto luminosos. O desafio MindStorms é uma nova modalidade baseada nas já existentes competições de robôs criadas com os kits MindStorms da LEGO, que, devido às suas características de maior facilidade na montagem e programação, serão voltadas para calouros e estudantes do ensino fundamental e médio. Essas competições buscam explorar tanto o lado técnico quanto o lado estratégico das equipes. Para participar do evento, os próprios estudantes desenvolvem os robôs sob orientação dos professores.

Agosto de 2009

Aguardem

Mais detalhes no site: VI Olimpíada de Robôs

O que é nanotecnologia?

Cylon Gonçalves da Silva

Antes dos cientistas desenvolverem instrumentos para ver e manipular átomos individuais, alguns pioneiros mais ousados se colocavam a pergunta: o que aconteceria se pudéssemos construir novos materiais, átomo a átomo, manipulando diretamente os tijolos básicos da matéria? Um desses pioneiros foi um dos maiores físicos do século XX: Richard Feynman. Feynman, desde jovem, era reconhecido como um tipo genial. Uma de suas invenções foi o primeiro uso de processadores paralelos do mundo. Em Los Alamos, na época do desenvolvimento da primeira bomba nuclear, havia a necessidade de se realizarem rapidamente cálculos muito complexos. Feynman, então, teve a idéia de dividir os cálculos em operações mais simples, que podiam ser realizadas simultaneamente, e encheu uma sala com jovens secretárias, cada qual operando uma máquina de calcular (naquela época não havia computadores, nem calculadoras eletrônicas, e as contas tinham de ser feitas à mão, ou com calculadoras mecânicas limitadas às mais simples operações aritméticas).

Hoje em dia, essa mesma idéia é usada em computadores de alto desempenho, com microprocessadores substituindo as jovens secretárias! Em 1959, em uma palestra no Instituto de Tecnologia da Califórnia, Feynman sugeriu que, em um futuro não muito distante, os engenheiros poderiam pegar átomos e colocá-los onde bem entendessem, desde que, é claro, não fossem violadas as leis da natureza. Com isso, materiais com propriedades inteiramente novas, poderiam ser criados. Esta palestra, intitulada "Há muito espaço lá embaixo" é, hoje, tomada como o ponto inicial da nanotecnologia. A idéia de Feynman é que não precisamos aceitar os materiais com que a natureza nos provê como os únicos possíveis no universo. Da mesma maneira que a humanidade aprendeu a manipular o barro para dele fazer tijolos e com esses construir casas, seria possível, segundo ele, manipular diretamente os átomos e a partir deles construir novos materiais que não ocorrem naturalmente. Um sonho? Talvez, há quarenta anos atrás. Mas, como o próprio Feynman dizia em sua conferência, nada, nesse sonho, viola as leis da natureza e, portanto, é apenas uma questão de conhecimento e tecnologia para torná-lo realidade. Hoje, qualquer toca-disco de CD's é uma prova da verdade do que Feynman dizia. Os materiais empregados na construção dos lasers desses toca-discos não ocorrem naturalmente, mas são fabricados pelo homem, camada atômica sobre camada atômica.


O objetivo da nanotecnologia, seguindo a proposta de Feynman, é o de criar novos materiais e desenvolver novos produtos e processos baseados na crescente capacidade da tecnologia moderna de ver e manipular átomos e moléculas. Os países desenvolvidos investem muito dinheiro na nanotecnologia. Mais de dois bilhões de dólares por ano, se somarmos os investimentos dos Estados Unidos, Japão e União Européia. Países como Coréia do Sul e Taiwan, que têm sido muito melhor sucedidos que o Brasil na utilização de tecnologias modernas para gerar bons empregos e riquezas para seus cidadãos, também estão investindo centenas de milhões de dólares nessa área. nanotecnologia não é uma tecnologia específica, mas todo um conjunto de técnicas, baseadas na Física, na Química, na Biologia, na ciência e Engenharia de Materiais, e na Computação, que visam estender a capacidade humana de manipular a matéria até os limites do átomo. As aplicações possíveis incluem: aumentar espetacularmente a capacidade de armazenamento e processamento de dados dos computadores; criar novos mecanismos para entrega de medicamentos, mais seguros e menos prejudiciais ao paciente dos que os disponíveis hoje; criar materiais mais leves e mais resistentes do que metais e plásticos, para prédios, automóveis, aviões; e muito mais inovações em desenvolvimento ou que ainda não foram sequer imaginadas. Economia de energia, proteção ao meio ambiente, menor uso de matérias primas escassas, são possibilidades muito concretas dos desenvolvimentos em nanotecnologia que estão ocorrendo hoje e podem ser antevistos.


No Brasil, a nanotecnologia ainda está começando. Mas, já há resultados importantes. Por exemplo, um grupo de pesquisadores da Embrapa, liderados pelo Dr. L. H. Mattoso, desenvolveu uma "língua eletrônica", um dispositivo que combina sensores químicos de espessura nanométrica, com um sofisticado programa de computador para detectar sabores. A língua eletrônica da Embrapa, que ganhou prêmios e está patenteada, é mais sensível do que a própria língua humana. Ela é um produto nanotecnológico, pois depende para seu funcionamento da capacidade dos cientistas de sintetizar (criar) novos materiais e de organizá-los, camada molecular por camada molecular, em um sensor que reage eletricamente a diferentes produtos químicos. Você pode imaginar alguns usos para uma língua eletrônica? Para saber mais, visite a página http://www.cnpdia.embrapa.br/. Não é só na Embrapa, entretanto, que se faz nanotecnologia no Brasil. O mesmo acontece nas principais universidades e centros de pesquisa do país.

Aplicações em catálise - isto é, na química e na petroquímica, em entrega de medicamentos, em sensores, em materiais magnéticos, em computação quântica, são alguns exemplos da nanotecnologia sendo desenvolvida no Brasil. O que precisamos agora é aprender a transformar todo este conhecimento em riquezas para o país.

A nanotecnologia é extremamente importante para o Brasil, por que a indústria brasileira terá de competir internacionalmente com novos produtos para que a economia do país se recupere e retome o crescimento econômico. Esta competição somente será bem sucedida com produtos e processos inovadores, que se comparem aos melhores que a indústria internacional oferece. Isto significa que o conteúdo tecnológico dos produtos ofertados pela indústria brasileira terá de crescer substancialmente nos próximos anos e que a força de trabalho do país terá de receber um nível de educação em ciência e Tecnologia muito mais elevado do que o de hoje. Este é um grande desafio para todos nós.

Cylon Gonçalves da Silva é físico, ex-diretor do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron e idealizador do Centro Nacional de Referência em Nanotecnologia.

Fonte Imagem: http://blog.estadao.com.br/blog/cruz/?title=como_funciona_a_nanotecnologia&more=1&c=1&tb=1&pb=1