NanoPunk?

Este post tem uma proposta mais especulativa do que algo técnico científico. De fato era um tipo de texto que já venho pensando em publicar desde o início deste blog e já que ultimamente esse espaço anda as moscas, poderia ser uma oportunidade de trazer o blog das cinzas.

A ideia surgiu quando dei uma olhada no livro Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology do Eric Drexler. Em termos gerais, ele começou a popularizar a nanotecnolgia a partir desse livro, do qual ele trazia perspectivas interessante de como poderíamos aproveitar essa tecnologia em um futuro próximo.

Algumas das sugestões me remetia a um modelo biohacking. Por exemplo, usando nanopartículas que pudesse adsorver oxigênio e distribuir pelo nosso organismo junto as hemácias, assim aumentar a eficiencia e potencializar atividades físicas de seres-humanos.

Já sabemos de algumas aplicações e pesquisas nos dias atuais que apontam usos de nanotecnologia para melhorar nossa saúde, mas também a biossegurança dessas aplicações. Como exemplo, poderia mencionar o vasto estudo de nanopartículas de ouro que quase milagrosamente resolvia problemas de inflamações e potencializando fármacos . Mas e a toxicidade? Então estudos começaram a indicar que essas nanopartículas de ouro acabam se alojando em determinados órgãos e não são excretadas e ainda causando danos ao DNA. Mas nao vamos tomar esse tipo de informação como temerosos e deixar de explorar as aplicações de nanoestruturas, mas sim como alerta e proporcionar mais estudos que nos levam a compreensão desses efeitos secundários.

Quando eu tinha esse tipo de visão eu imaginava um mundo mais cyberpunk no futuro e por incrível que possa parecer, o nanopunk é um genero literário que também coexiste com o cyberpunk. Porém agora eu vejo um mundo mais próximo de um futuro solarpunk e é aqui que começo este post.

O que é Solarpunk?

Solarpunk é um movimento artístico e literário, tal qual o cyberpunk, mas que tem um pé de steampunk e possui uma perspectiva mais otimista de sociedade futurística. O cyberpunk visa um mundo distópico com altas tecnologias, mas a vida humana é praticamente miserável. O solarpunk também tem altas tecnologias, mas ela é sustentável e assim proporcionando maior bem-estar na sociedade, sendo assim poderíamos dizer que ela é uma visão utópica, mas seria impossível?

Atualmente observo políticas que encaminham a sociedade para um futuro mais ao solarpunk do que cyberpunk. A ciência se encaminha para trazer soluções que abarca problemas de mudanças climáticas e de possíveis crises energéticas e com as politicas atuais na emissão de CO₂, elas acabam andando juntas.

Estamos preocupados com a mudança de atmosfera e no aumento de temperatura, a discussão aqui nao é se as causas sao antropomórficas ou naturais do planeta. O fato é que existe o problema e que isso pode ocasionar a extinção dos seres-humanos e então como podemos contornar o problema.

Dito isso, vou dar exemplos de como a nanotecnologia está sendo aplicada que caracteriza um protótipo de sociedade solarpunk. Para iniciar poderia mencionar materiais que adsorvem contaminantes de água. Você poderia usar micropartículas com núcleos de nano-magnetita, os chamados core-shell, onde você aplica a capacidade de adsorção junto com o magnetismo permitindo recuperar esses sólidos. Grafeno que atuam como purificadores de agua salgada e até mesmo nanomateriais que adsorvam CO₂ num processo conhecido como sequestro de carbono. Ainda na área de nanomateriais, podemos mencionar as tecnologias que melhoram a qualidade de solos para promover melhores plantios, já que o crescimento populacional exige um maior aproveitamento das terras.

Mas nao para só por ai e vamos extrapolar as biotecnologias, onde se utilizam microorganismos para diversas melhorias ou produção de energia com células de combustível vivas, onde se aproveita urina ou dejetos naturais para produção de eletricidade e diminuindo a quantidade de lixo.

Pode ser uma perspectiva muito otimista de minha parte, mas a questão é que estamos descobrindo tecnologias que antes parecia estar apenas nos livros de ficção. Claro que o solarpunk é uma utopia de sociedade ideal e o ideal é muito difícil de ser alcançado, mas possivelmente em um par de décadas estaríamos num mundo mais sustentável e melhor que agora, assim como hoje estamos melhor que no passado distante.

Como Nanopartículas de Silica Mesoporosa Podem Ajudar A Evitar a Extinção de Abelhas?

Nos últimos anos a morte massiva de abelhas vem preocupando a comunidade científica por um motivo bem plausível: sem abelhas, não há como a civilização humana sobreviver. Isso se dá por que as abelhas são as responsáveis pela polinização fundamental na produção de alimentos que necessitamos.

Um fenômeno conhecido como Distúrbio do Colapso das Colônias retrata um quadro preocupante onde colônias inteiras de abelhas desaparecem e entre as causas está a intoxicação de abelhas por agrotóxicos. Uma medida que pode evitar esse tipo de problema é usar repelentes de abelhas, evitando a aproximação delas em zonas de riscos.

Nanopartículas de sílica mesoporosa permitem que haja liberação controlada de substâncias presentes em seu interior. No caso das abelhas, substâncias repelentes para abelhas, feromônios como acetato de octila e o 2-heptanona, podem ser carregadas em seu interior que quando ser aplicadas em terrenos de plantio juntamente com agrotóxicos, emitem sinais de alerta para abelhas fazendo com que elas não se aproximem do local.

As substâncias citadas são expelidas por abelhas em situação de risco ou de perigo, alertando demais abelhas que o local é um potencial de morte. Tais substâncias são inofensivas para as abelhas e também são usadas para dar sabor artificial em alimentos.

REFERÊNCIA

Síntese e avaliação de nanopartículas de sílica mesoporosas na liberação controlada de feromônios repelentes de abelha DOI:10.1590/0366-69132019653742464S

Nanopartículas de CuO muda o comportamento de adsorção de nanopartículas de SiO2

É conhecido que nanomateriais possuem alta área de superfície e isso contribui para sua propriedade de adsorção. Porém o que acontece quando dopamos uma nanopartícula com outra nanopartícula? Foi o que fizemos e depois dos testes de adsorção foi observado um incremento.

Nanopartículas de óxido de cobre (CuO) foram depositadas sobre a superfície de nanopartículas de sílica (SiO2) e a capacidade de adsorção das nanopartículas de sílica foram comparadas e foi observado que após a modificação da superfície com CuO a adsorção aumentou consideravelmente, como pode ser observada na Figura 1.

Figura 1: Cinética e eficiência na adsorção de AM para nanopartículas de SiO2/CuO e SiO2 com 50 e 75 mg em concentração fixa (40 mg/L) de AM: (a – c) comparação da cinética de adsorção; (b – d) comparação de eficiência na adsorção do AM.

O teste de adsorção foi feito com duas porções de massas distintas de nanopartículas: 50mg e 75mg. A concentração do azul de metileno foi mantida e fixada em 40mg/L. O que se observa é que a adsorção do azul de metileno para a nanopartícula de SiO2 sem presença de CuO é imediata, porém muito limitada quando comparada com as nanopartículas de SiO2 modificada. Para o caso onde foi usado 75mg de nanomaterial, a eficiência de adsorção foi quase 100%, tendo capacidade de adsorção em aproximadamente 25mg/g, ou seja, 1g do nanomaterial tem a capacidade de adsorver 25mg do adsorvato.

O azul de metileno é um corante catiônico que possui estrutura molecular plana preferindo uma adsorção em monocamada. A forte interação entre adsorvato-adsorvente resulta da presença de grupos catiônicos. As nanopartículas de sílica tem característica hidrofóbica possuindo assim uma interação deficiente com o solvente. Quando modificadas, a presença de pontos aglomerados de CuO e de íons Cu2+ perturba o equilíbrio fazendo com que haja maior atração iônica da superfície do nanomaterial com as moléculas do adsorvato.

Referência

Avaliação da atividade antimicrobiana e adsortividade de nanopartículas de sílica dopadas com CuO DOI: 10.1590/S1517-707620190001.0661

Carbono Mesoporoso

Os materiais porosos se classificam em três categorias de acordo com o tamanho de poro que possuem:

• microporosos (poros com diâmetro menor que 2nm)
• mesoporosos (2 – 50nm)
• macroporosos (> 50nm)

Como mencionado neste post aqui, materiais mesoporosos a base de sílica foram os primeiros a serem sintetizados, embora em 1971 já houvesse uma patente a respeito de um material mesoporoso com estrutura de poros ordenados e o pior é que nessa época nem se deram conta das características do material por falta de técnicas analíticas adequadas [1]. A Mobil Oil sintetiza a série MCM (Mobil Composition of Matter) de nano sílica mesoporosa com estruturas cúbicas, hexagonais e lamelares em 1991. Uma característica comum desses materiais é que os nanoporos são desordenados.

Em 1999 surge o primeiro carbono mesoporoso com estrutura de poros ordenado sintetizado por um processo chamado de nanocasting, ilustrado na Figura 1 [2]. Esse método consiste em usar um molde de sílica rígido (template) pré-sintetizado que é infiltrado por um precursor orgânico, que pode ser ou não polimerizável, que em seguida é carbonizado e posteriormente removido o molde de sílica em solução de ácido fluorídrico. Usando o SBA-15, que possuem nanoestrutura de poros hexagonais altamente ordenadas, Ryoo et al sintetiza réplicas de carbono conhecido como CMK (Carbon Mesostructures from Korea).

Figura 1. Processo sintético nanocasting.

Os CMKs se classificam de acordo com o tipo de mesoestrutura de sílica usado. Os que usam SBA-15 são chamados de CMK-3, possuem estrutura hexagonal como mencionado anteriormente. Os que usam MCM-48 são conhecido como MCK-1, possuem estrutura cúbica de poros interconectados, como visualizado na Figura 2 [3].

OMC = Carbono Mesoporosos Ordenado

Figura 2. Mesoestruturas de carbono (A) CMK-3 e (B) CMK-1.

Outro método para obtenção de carbono mesoporosos ordenado é utilizar uma via de síntese polimérica com agentes direcionador de estruturas (surfactantes). Esse método é conhecido como automontagem (self-assembly) e utiliza resinas poliméricas para gerar um gel orgânico. Posteriormente o gel é carbonizado obtendo assim a estrutura de carbono mesoporosa. Na etapa de pirólise o surfactante é removido, o que torna esse método mais simples que a do nanocasting por ter menos etapas.

Características e Propriedades

Esses materiais são condutores, estáveis térmico e quimicamente e se diferenciam dos outros tipos de materiais base de carbono, como grafeno, nanotubo e o negro de fumo, pela possibilidade de obter poros altamente ordenados com uma distribuição de poros mais estreita, permitindo adquirir áreas de superfícies muito elevada. Em algumas aplicações como eletrodo, mesoporos interconectados permitem um melhor transporte de íons do eletrólito. Em comparação com nanotubo de carbono e grafeno, esses materiais apresentam maior estabilidade mecãnica, tornado-o suportes mais robustos.

Referências

[1] V. Chiola et al. USA Patent 3556725 – Process For Producing Low-Bulk Density Silica. 1971

[2] Synthesis of Highly Ordered Carbon Molecular Sieves via Template-Mediated Structural Transformation. Ryong Ryoo,*, Sang Hoon Joo, and, and Shinae Jun. The Journal of Physical Chemistry B 1999103 (37), 7743-7746DOI: 10.1021/jp991673a

[3] Recent Trends on Electrochemical Sensors Based on Ordered Mesoporous Carbon. Alain Walcarius. Sensors. 2017.

 

Difração de Raios-X em materiais mesoporosos

Nanomateriais mesoporosos podem assumir diversas formas e modelos geométricos dependendo do surfactante usado para síntese desses compostos. Existem os MCMs, SBA (Santa Barbara Amorphous) e TUD-1 (Technische Universiteit Delft) que é uma espécie de nanoestrutura mesoporosa em forma de esponja da qual os mesoporos estão ligados tridimensionalmente de forma aleatória, entre outras tantas [1].

Esses materiais mesoporosos apresentam difração em baixo ângulo devido a organização em longo alcance dos mesoporos. Algumas variações podem ser encontradas na literatura, como ângulos 2θ>1° indicando uma estrutura de camada formadas por lâminas mesoporosas com espessura na ordem de nanômetros [2] . Difração entre 2θ=2° e 5° também podem ser observadas sendo elas correspondendo a planos (100), (110) e (210) da organização hexagonal dos mesoporos numa nanoestrutura MCM-41 [3,4] . Algumas estruturas apresentam apenas uma refletância única próxima de 2θ= 4° que é observado como formação de mesoporos que podem não ter uma organização tão definida [5].

[1] T. HEIKKILA, J. SALONEN, J. TUURA, M. HAMDY, G. MUL, N. KUMAR, et al., Mesoporous silica material TUD-1 as a drug delivery system, Int. J. Pharm. 331 (2007) 133–138. doi:10.1016/j.ijpharm.2006.09.019.

[2] S.P. Naik, S. Yamakita, M. Ogura, T. Okubo, Studies on mesoporous silica films synthesized using F127, a triblock co-polymer, Microporous Mesoporous Mater. 75 (2004) 51–59. doi:10.1016/j.micromeso.2004.06.028.

[3] D. Li, W. Zhao, X. Sun, J. Zhang, M. Anpo, J. Zhao, Photophysical properties of coumarin derivatives incorporated in MCM-41, Dye. Pigment. 68 (2006) 33–37. doi:10.1016/j.dyepig.2004.12.015.

[4] A.J. Schwanke, C.W. Lopes, S.B.C. Pergher, Synthesis of Mesoporous Material from Chrysotile-Derived Silica, Mater. Sci. Appl. 04 (2013) 68–72. doi:10.4236/msa.2013.48A009.

[5] G. Hadizade, E. Binaeian, M.R.S. Emami, Preparation and characterization of hexagonal mesoporous silica/polyacrylamide nanocomposite capsule (PAM-HMS) for dye removal from aqueous solutioxns, J. Mol. Liq. 238 (2017) 499–507. doi:10.1016/j.molliq.2017.05.026.

Tamanho é documento

Na nanotecnologia tamanho é documento! Em algumas vezes o tamanho do material é mais importante que a sua própria natureza, ou seja, o tamanho possui mais efeitos em suas propriedades do que sua composição.

A condição fundamental para considerar um material “nano” é ter dimensões dentro de uma faixa específica, que segundo a Comissão Européia vai de 1nm à 100nm. É sabido que as propriedade dos nanomateriais são fortemente influenciadas pela sua forma, química de superfície e pelo seu tamanho. Como exemplo típico podemos falar das propriedade ópticas do ouro, que quando se apresentam em torno de 10 nm apresenta coloração avermelhada e quando acima de 50 nm começa apresentar coloração azulada, ficando visível também o início de aglomeração.

Ou ainda nos quantum dots (pontos quânticos) em que o tamanho muda a cor de forma considerável, como ilustrado na figura abaixo.

Uma das etapas mais difíceis importantes em síntese de nanomateriais é controlar o tamanho. Muitas vezes uma mesma rota sintética possui diversas variações e todas elas adquirem tamanhos e morfologias diferentes de nanopartícula.

No caso dos nanometais nobres, tal como o ouro e prata, o tamanho é sensível à quantidade de redutor  e a velocidade em que são adicionados no meio reacional. Para o caso dos óxidos, como o óxido de ferro, a velocidade de agitação tem grande impacto no tamanho final das partículas. No caso da sílica são as proporções entre etanol/NH3 que interferem no tamanho das partículas.

Conhecendo as variáveis que influenciam no tamanho, é possível manipular e adquirir tamanhos variados de acordo com a intenção de pesquisa e aplicação.

Talvez para você não faça muito sentido, porém o tamanho de uma partícula é que pode determinar penetração ou não da membrana celular e uma interação ou não com DNA.

Nanopartículas que apresentam propriedades catalíticas apresentam-se mais potentes em tamanho muito próximos de 5nm, quase a nível atômico. Quanto menor o tamanho, maiores as propriedades químicas e físicas, pois sua área de contato é muito grande.

Em nanomateriais porosos, o tamanho do poro pode ser relevante no processo de seleção de moléculas a serem adsorvidos. É fácil de imaginar uma molécula maior que o “buraco” não conseguir entrar. É importante se atentar que nessa escala as dimensões são sensíveis a qualquer mudança, afinal de contas estamos falando de algo próximo a 0,000000001 metros. Ouro vermelho tem 0,000000010 m e ouro azul tem 0,000000050 m, a diferença é muito sutil.

O tamanho de uma partícula pode ser determinada por meio de técnicas especiais de caracterização. É comum vermos uma microscopia eletrônica de transmissão (TEM do inglês) ou um espalhamento de luz dinâmica (DLS do inglês) em artigos para mostrar o tamanho das partículas do estudo em questão. O DLS analisa distribuição de tamanho, informando também a homogeneidade das partículas. Em alguns tipos de nanomateriais é possível utilizar a equação de Scherrer para determinar diâmetro médio de partícula.

Imagem aleatória da internet para mostrar uma distribuição de tamanho usando DLS e imagem de TEM das partículas.

Uso da nanotecnologia em recursos energéticos

Recentemente há uma preocupação na questão dos recursos energéticos, fazendo com que há uma busca constante de novas fontes e alternativas para produção de energia. Uma tecnologia que está atualmente em debate é o uso de células a combustível, que são conversores de energia química em energia elétrica com aplicação em eletrônicos portáteis, como laptops, celulares,etc. Para que haja uma alta eficiência desses conversores é empregado a nanotecnologia.

Nanomateriais possuem propriedades que vai desde aplicações biológicas até aplicação como catalisadores. O grande potencial no uso de catalisadores nanométricos se dá pela sua alta área superficial que materiais nessa escala apresentam.

Figura  1- Representação esquemática de uma célula a combustível do tipo DMFC (fonte: adaptado de VASQUEZ. 2007)

Atualmente o material usado como catalisador são nanopartículas de platina, porém esse material possui um efeito chamado de “envenenamento” (KAMARUDIN, 2009), que consiste em moléculas de CO serem adsorvidos na superfície do nanomaterial, diminuindo a eficiência do catalisador. Para contornar esse problemas, algumas ligas bimetálicas, em geral com Rutênio, é usado para oxidar o CO em CO2 (NILSSON et al, 2008).

Uma alternativa é uso de outros nanomateriais. O ouro em escala macro exibe certa inercia química, porém na escala nanométrica, o ouro é capaz de oxidar várias substâncias.

Em células a combustível do tipo DMFC (Direct Methanol Fuel Cell – Célula a Combustível Diretamente do Metanol-figura 1) o material catalítico deve eletro-oxidar a molécula do metanol. Nesse processo eletroquímico, há a liberação de elétrons que direcionado a um circuito da qual no final do processo é usado pelo catodo para reduzir o oxigênio (oriundo do ar) em água. Na figura 2, há um esquema das possíveis etapas durante a eletro-oxidação do metanol.

Figura 2 – Esquema representativo das etapas e possíveis intermediários na eletro-oxidação do metanol (fonte: KAMARUDIN, 2009)

 

O tipo de suporte para o catalisador tem influencia na eficiência. Os suportes com maiores

Figura 3 – Diferentes tipos de materiais a base de carbono: A) Esfera de Carbono. B) Carbono mesoporoso. C) Carbono Vulcan (fonte: ANTOLINI, 2009)

áreas superficiais e com condutividade elétrica possuem os melhores desempenho (ANTOLINI, 2009). Em geral é usado o carbono Vulcan XC 72 como suporte por ser um material de custo relativamente baixo e com boas qualidades elétricas e térmicas quando comparado com outros materiais. A figura ao lado mostra porque o carbono Vulcan XC 72 possui melhores propriedades quando comparado com esferas de carbono. É possível perceber que o carbono Vulcan possui tamanho menor, o que lhe concebe uma área superficial maior.

O uso não se restringe apenas a um material, estudos são realizadas com nanotubos de carbono, nanopartículas de sílica entre outros materiais que exibem estabilidade térmica e alta área superficial.

Um estudo de YAN e colaboradores, avaliou o desempenho de nanopartículas de ouro na eletro-oxidação de álcoois. O catalisador foi sintetizado via redução direta do ouro no carbono Vulcan. A preparação do eletrodo foi realizada com uma mistura do catalisador com uma solução de Náfion (polímero condutor usado em célula a combustível). A figura 4 mostra voltamogramas cíclicos da eletro-oxidação dos álcoois (metanol, etanol e etileno glicol). No metanol pode-se chegar a uma corrente de até 70mA por mg de ouro, no etanol quase 450 mA por mg de ouro e em etileno glicol 700mA por mg de ouro.  Na cronoamperometria, os resultados demonstraram que o catalisador possui alta resistência ao envenenamento.

Yan et al; 2011 sugere um mecanismo para a eletro-oxidação (figura 5), em que ocorre inicialmente uma pré-oxidação em potenciais mais baixos, adsorção de -OH na superfície do ouro que contribui significantemente para a eletro-oxidação da espécie alcoólica.

Voltametriia Cíclica de Au/C em A)Metanol; B) Etanol; C)Etileno Glicol. Em D) uma cronoamperometria.

Figura 5 – Mecanismo idealizado para a eletro-oxidação do metanol (fonte: YAN, 2011)

 Essa capacidade do ouro em adsorver e oxidar espécies químicas é inerente ao seu tamanho, que por conter muitos átomos na superfície, diminui o número de coordenação aumentando a energia no orbital d tendo mais compatibilidade com o orbital 2p do oxigênio. A figura 6-A mostra a relação do número de coordenação com a energia de ligação das espécies  CO, O2 e O, que chega  a um nível energético exotérmico com um número de coordenação muito baixo. Isso resulta em habilidades catalíticas em temperaturas ambiantes, ao contrário da platina e do paládio (SCHAEFER, 2010).

Figura 6 – Relação do tamanho de partícula do ouro e sua propriedade catalítica (fonte: adaptado de SCHAEFER, 2010).

Referências

ANTOLINI, Ermete. Carbon supports for low-temperature fuel cell catalysts. Applied Catalysis B: Environmental. Vol. 88. pag. 1–24. 2009

KAMARUDIN, S.K. ACHMADA, F. DAUD, W.R.W. Overview on the application of direct methanol fuel cell (DMFC) for portable electronic devices. International journal of hydrogen energy. Vol 34. p. 6902 – 6916. 2009.

NILSSON, Anders; PETTERSSON, Lars GM; NØRSKOV, Jens K. Chemical Bonding at Surfaces and Interfaces. Capítulo 6 In___:, Chemical Bonding at Surfaces and Interfaces. Londres. Springer. 2008.

SCHAEFER, Hans-Eckhardt. Nanoscience: the Science of the Small in Physics, Engineering, Chemistry, Biology and Medicine. Springer. Londres. 2010.

YAN, Shaohui. GAO, Lizhen. ZHANG, Shichao. ZANG, Weike. LI, Yuzhen. GAO, Lili. Synthesis of Au/C catalyst with high electrooxidation activity. Electrochimica Acta. Vol 94. p. 159-164. 2013.

YAN, Shaouhui. ZHANG, Shichao. LIN, Ye. LIU, Guanrao. Electrocatalytic Performance of Gold Nanoparticles Supported on Activated Carbon for Methanol Oxidation in Alkaline Sorylution. The Journal of Physical Chemistry. Vol 115. Pag. 6986 – 6993. 2011

VASQUEZ, L.O. Fuel cell research trends. Nova Science Publishers, Inc. Nova Yourk. 2007.

Livros sobre Nanotecnologia – Onde vocês se escondem?

Frequentemente a busca de material e referência  para consultar é problemático. Principalmente em uma área da qual é tudo muito recente.

Os preços absurdamente caros (pelo menos para mim é…), força-nos a uma pesquisa minuciosa na internet em busca de livros e artigos digitais.

Nem sempre os artigos do tipo Overview possuem conteúdo completo. Então a busca por livros é desesperador.

Para isso, fornecerei alguns sites que disponibilizam livros digitais da área de nanociência e nanotecnologia para download.

Bookboon.com

Basta adicionar seu e-mail, qual sua formação acadêmica e pronto!

Itechopen.com

Em mais uma daquelas navegadas pela web e um site desconhecido cai no colo enviado pelos deuses!

Não estudei o modo de download de  forma tão minuciosa. Por que estou dizendo isso? Por  que aparentemente os downloads ocorrem capítulo por capítulo. Existe um acervo excelente na área de nanotecnologia. Baixei alguns capítulos que me era interessante e fiquei satisfeito.

Nanowerk.com

Divirta-se neste parque de diversões!

E-bookdirectory.com

Vontade de fazer download em todos… Mas espaço no notebook está acabando.

 

Esses são apenas alguns sites que disponibilizam material para estudantes, pesquisadores e simpatizantes pela área. Os sites possuem livros para outras áreas também, porém foquei na área nano.

Se você souber de outros, deixe nos comentários.

 

Como fazer nanopartículas?

Solução de nanopartículas de ouro

Talvez seja uma das perguntas mais básicas.

Como se faz nanopartículas?

Há dois método: Bottom-Up e Top-Down. No método Top-Down a partícula inicial possui um tamanho maior que a do final do processo. Utiliza-se métodos mecânicos,  como moagem, por exemplo, tratamentos termoquímicos, etc. Esse tipo de processo induz diversos defeitos na nanopartícula comprometendo muitas de suas propriedades. Por essa razão opta-se pelo processo Bottom-Up

No método Bottom-Up as nanopartículas são feitas começando do menor tamanho e

Precursor metálico para nanopartículas de ouro

crescendo até chegar no tamanho desejado. Aqui estão os métodos eletroquímicos e reações químicas. Nos centraremos no método químico, empregando a  síntese química. Darei dois exemplos: síntese de nanopartículas de ouro e de prata.

No método químico, particularmente no caso desses dois exemplos aqui citados,o elemento de partida é um íon. A dissociação ocorre quando é feito uma solução aquosa do precursor metálico* dissociando-se em Au +3 para o ouro e Ag +1 para a prata.

O precursor mais comum para o ouro é o Ácido Auroclorídrico (HAuCl4) e para prata é o Nitrato de prata (AgNO3).

O crescimento das nanopartículas ocorre pelo mecanismo nucleação e crescimento. Ao inserir um redutor químico, ocorre uma “injeção” de elétrons para neutralizar os íons, formando átomos e valência zero, iniciando a nucleação e posteriormente o crescimento.

Nitrato de prata

Para controlar o crescimento, é adicionado uma camada protetora para impedir também a aglomeração das partículas no fim da reação. Essa camada é formada por material denominado estabilizante, que em geral é um polímero. É comum usar polivinilpirrolidona (PVP) ou citrato de sódio.

Para o ouro, o citrato de sódio é redutor e estabilizante. Para nanopartículas de prata, requer um redutor mais forte, usado geralmente borohidreto de sódio (NaBH4).

A preparação de nanopartículas de ouro, segundo método de Turkevich, consiste em aquece uma solução de ácido auroclorídrico até próximo ao ponto de ebulição da água e então adicionar uma alíquota de uma solução de citrato de sódio. A solução torna-se vermelha.

A síntese de nanopartículas de prata consiste em deixar homogeneizando em banho de gelo, uma solução de citrato de sódio (que servirá de estabilizante) e uma solução de nitrato de prata. Após isso, adiciona uma quantidade em volume de uma solução de borohidreto de sódio. A solução se tornará amarela.

 

 

 

*Precursor Metálico: Fonte do metal que comporá a nanopartícula metálica.

 

Referências

CAO, Guozhong. Nanostructures e nanomaterials: synthesis, properties e applications.
Imperial College Press. Londres. 2004.

TURKEVICH, John. STEVENSON, Peter Cooper. HILLIER, James. A study of the
nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold. Faraday Society. Vol 11.
p.55-75. 1951

PARK, Kyung-Won. CHOI, Jong-Ho. LEE, Seol-Ah. PAK, Chanho. CHANG, Hyuck.
SUNG, Yung-Eun. PtRuRhNi nanoparticle electrocatalyst for methanol electrooxidation in
direct methanol fuel cell. Journal of Catalysis. Vol. 224. p236-242. 2004.

NANOTECNOLOGIA

Talvez a primeira pergunta que vem na cabeça de alguém leigo nesse assunto é: Por que me interessar por isso? De que me importa.

São excelentes perguntas. E vai de gosto de cada um. Mas saber como as coisas ocorrem é uma gratificação imensurável. Entender por que escolher a roupa que veste tem o mesmo sentido. E talvez saber como as coisas funcionam venha a ser o propósito da vida. Ou não.

Mas de qualquer maneira você não está aqui neste blog sobre nanociência (ou nanomateriais) por acaso. As possibilidades no meio quântico lhe trouxeram aqui. E vamos parar de enrolar.

Nanotecnologia pode ser definida por três características:

• Nanotecnologia é a pesquisa e desenvolvimento de tecnologia com materiais na escala de 1nm até 100nm.
• Nanotecnologia cria e usa nanoestruturas que possuem novas propriedades devido ao seu tamanho.
• Nanotecnologia é a manipulação de materiais e estruturas manométricas.

A Nanotecnologia possibilita projetar, criar, desenvolver, manipular, caracterizar nanomateriais que exibem novas propriedades. Tal é que em breve o modo de consumo da sociedade mudará (espero que para melhor). Em breve dispositivos terão melhores desempenhos, sensores a base de nanomateriais, celulares mais rápidos (principalmente baterias duráveis), câmeras fotográficas com lentes de alta definição, Hard Disc com mais capacidade de memória, detecção de doenças, monitor de pressão, etc.

A nanotecnologia está emergindo para que possamos viver melhor com a tecnologia do pequeno.