Termos Importantes #2 - Nanolitografia

Nanolitografia é uma tecnica utilizada para construçao de estruturas em escala nanometrica, podendo ter desde o tamanho de um unico atomo ate 100 nano metros. Essa tecnica é utilizada na construçao de semicondutores, circuitos integrados e sistemas nano mecanicos. Existem varias tecnicas de nano litografia como Photo litografia, litografia com raio-X e photo litografia entre outras.

Um dos processos mais utlizados é a photolitografia, utilizada inclusive para fazer micro processadores.
O video asseguir mostra um processo semelhante para ilustrar a Photo Litographia

http://www.youtube.com/watch?v=RHAso1yM-D4&feature=related


A photolitografia é uma tecnica de fabricaçao em que um material grande é reduzido a padroes em nano escala, a luz transmite as extruturas para os superficies nanometricas em um processo de projeçao. O que define a produçao é o controle da luz, atravez dela esse processo se torna possivel. Atravez da radiaçao de luz focada em um ponto é possivel imprimir na superficie o formato desejado.

A superficie em escala nanometrica onde a extrutura sera colocada é imersa em uma camada de um liquido chamado Photo Resist. O photo resist forma uma camada que se desfaz sob radiaçao de luz ultra violeta.  Uma "mascara" é colocado em frente ao Waffer e luz ultra violeta desfaz parte da camada do foto resist, fazendo um molde. A parte esposta a luz é tirada atravez de um liquido especial e o restante forma as extruturas na superficie desejada.

http://www.youtube.com/watch?v=zFnJQjcnhGQ
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Nano Info #3 - Nanosensor

A nano-agulha, com uma ponta de cerca de um milésimo do tamanho da célula do cabelo humano é a uma das mais novas invenções no mundo da nanotecnologia.

Uma vez inserida, seu nanosensor detecta sinais de dano no DNA que pode acarretar um câncer. Dessa forma, esse nanosensor de grande seletividade e sensitividade, pode num futuro servir para monitorar uma célula viva, suas proteínas e outras substâncias.

Num futuro isso pode se transformar numa forma de administrar antibióticos específicos e até curar o câncer nos seus estágios iniciais e numa precisão celular.

Incrível não?

Na imagem acima vemos um nanosensor carregando um “laser” (azul) que penetra a célula viva para detectar a presença de um produto indicando que aquela célula foi exposta à uma substancia causadora de câncer.

Nano Info #2 - Mechanical Finger

Inventado por Dan Didrick da Florida, tal aparelho não precisa de bateria, na realidade cada “dedo” incorpora um simples mecanismo que quando é pressionado ou movimentado pela parte restante do dedo de quem o utiliza, se curva e se movimenta.

Feito de aço e de plástico azul, Didrick’s X-Finger, como é chamado, permite um surpreendente nível de destreza, o suficiente para segurar e mecher um taco de golfe, tocar piano ou até tocar instrumentos musicais de corda.

A precisão do mecanismo se dá por meio de um movimento que copia o dos dedos adjacentes, criando uma prótese realista no que mais importa: mobilidade, força e precisão.

Atualmente o X-Finger custa milhares de dólares por dedo, e pode ser caro para potenciais compradores. Mas o dedo, todavia, está apenas no seu começo. Didrick planeja trabalhar para criar uma mão inteiramente artificial, utilizando-se da mesma lógica que a do dedo.

Com a utilização da nanotecnologia para criar moldes precisos e sensíveis o suficiente para conseguir que a prótese seja uma cópia quase-perfeita de um dedo. Isso é uma dos milhares de exemplos que podem surgir do bom uso da nanotecnologia atrelada a medicina e a uma melhoria significante da qualidade de vida.

Video ilustrativo sobre o X-Finger:

http://www.youtube.com/watch?v=PWvdSP8avhg&feature=player_embedded

Para saber mais veja:

http://www.wired.com/gadgets/miscellaneous/news/2007/07/xfinger#ixzz13T13y2aU

Termos importantes #1 Fulerenos

Fulereno é qualquer molécula feita apenas de carbono, ele assume forma esfera, elipsiloide ou tudo, todos vazios por dentro. Os esfericos sao conhecidos como buckyballs e os cilindricos como nanotubos de carbono.

Bukcyballs e Nano tubos são constantemente pesquisados pelas suas propriedas químicas e tecnologicas. Eles têm uma alta condutividade termica e elétrica, maior do que alguns metais.

Os nano tubos de carbono são extremamente resistentes e tem propriedades unicas podendo ser exploradas em diversos campos como ótica, eletrônica, arquitetura, podem ser utilizados até para a construção de armaduras.

Nano Info #1 - Nano Carro

Como exemplo de uma das aplicaçoes da nanotecnologia eu apresento a voce o nano carro. O nano carro é uma molécula criada em 2005 na Rice University em Houston por um grupo liderado pelo professor James Tour. O nano carro consiste em um "chasis" em forma H com 4 Fulerenos como rodas.

Esse modelo não possuia motor, e foi criado para testar o movimento do Fulereno em superficies metalicas, para saber se ele roda ou desliza. Quando disperso em ouro, as moleculas se aderem a superfice através de suas moleculas de Fulereno. Ao esquentar a superficie, as moleculas se movem para frente e para trás rolando nas moléculas de Fulereno. O carro é capaz de rolar porque as rodas de Fulereno sao encaixadas em "eixos" formados pelas ligaçoes quimicas do carbono.

http://www.youtube.com/watch?v=lASdcW-BtiU

Existem projetos para um Nano carro com motor. Ele teria rodas de carboreto e teria uma hélice movida a luz. Apesar do motor ser viável em soluções, não foi possivel realizar o movimento em superfices ainda. No futuro tambem será possivel fazer um nano barco utilizando um motor aquatico.

Nanotecnologia no Brasil

A primeira revolução industrial tratou-se da transformação da energia em força mecânica, que teve como destaque o setor têxtil.

Já a segunda revolução industrial, um século após, o destaque ficou com a eletricidade e a química, resultando em novos tipos de motores (elétricos e à explosão).

A terceira revolução industrial mobilizou circuitos eletrônicos e, logo em seguida, os circuitos integrados, os famosos microchips, que transformaram irremediavelmente as formas de comunicação e de informação, com a explosão da internet.

A quarta revolução industrial, na qual estamos ingressando neste momento histórico, mobiliza, fundamentalmente, as ciências da vida, sob a forma da biotecnologia, bem como uma gama multidisciplinar de ciências exatas e cognitivas que responde pelo nome de nanociência.

Cabe então ao Brasil, através de políticas governamentais e ações das próprias universidades, entrar e participar ativamente nessa quarta revolução industrial.

Segundo Alfredo Mendes, coordenador geral de nanotecnologia do Ministério de Ciência e Tecnologia, cerca de 1 300 pesquisadores trabalham com nanotecnologia no Brasil. Até junho, o país acumulava 4 409 publicações acadêmicas sobre esse tema. Entre 2004 e 2008 o ministério investiu 242 milhões de reais nessas pesquisas. Elas se espalham por áreas que incluem medicina, eletrônica, física, química, biologia e engenharia dos materiais.

O Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT) estabeleceu critérios e ações para o plano plurianual do governo (PPA 2004-2007). O programa "Desenvolvimento da Nanociência e da Nanotecnologia", que consta no Plano Plurianual 2004-2007. Esse programa possui quatro ações básicas, cada uma com recursos disponibilizados anualmente. As ações, e seus respectivos recursos para 2004, são as seguintes: 1. implantação de laboratórios e redes de nanotecnologia (R$ 3,63 milhões); 2. apoio a redes e laboratórios de nanotecnologia (R$ 3,72 milhões); fomento a projetos institucionais de pesquisa e desenvolvimento em nanociência e nanotecnologia (R$ 1 milhão); 4. gestão do programa (R$ 350 mil).

Na Petrobras, os estudos estão a cargo da Rede Temática de Nanotecnologia. Criada em 2006, essa rede abriga oito projetos em dez instituições que mantêm contratos com a companhia. Outros 12 estão na fila de contratações. “Estamos desenvolvendo, por exemplo, aditivos para ajudar na remoção do petróleo, sensores capazes de detectar gases e materiais para auxiliar na separação de contaminantes oleosos da água”, diz o coordenador do grupo, Mauro Rocha Evangelho.

Em outras palavras, por se tratar de uma revolução em sua infância, ainda é possível ao Brasil participar ativamente e inovar no campo da nanotecnologia.
Mas para ser competitivo, é preciso ter produtos de última geração (microscópios eletrônicos, modernos métodos de investigação de propriedades físicas e químicas, por exemplo), que custam muito mais do que os recursos dados às redes.
O ideal seria criar alguns centros de referência regionais, onde os recursos fossem investidos integralmente, para possibilitar que os demais pesquisadores da região tivessem acesso a equipamentos de última geração.
Assim, cabe ao governo e aos pesquisadores coordenarem esforços para montar uma iniciativa nacional em nanotecnologia, abrangente e aberta. Essa iniciativa deve estimular a circulação de pesquisadores e estudantes, a produção e caracterização de novos materiais, a incubação de pequenas empresas, a utilização de equipamentos comuns, e grandes laboratórios nacionais, para que dessa forma o Brasil possa entrar e ser um ícone internacional nessa área.

Introduçao a Fisica quantica

http://www.crnano.org/whatis.htm

Fisica quantica é a ciencia que descreve o comportamento da materia e suas intreraçoes em escalas atomica e sub atomica.

Por volta de 1900 ficou claro que a fisica classica era incapaiz de explicar certos fenomenos, o que levou as pessoas a desenvolverem a fisica quantica no começo do seculo 20. O universo na escala mais larga nao segue exatamente a fisica classica. Similarmente o universo de coisas extremamente pequenas tambem nao.

Muitas partes fundamentais do universo, como os photons, tem comportamento caracteristico de onda em alguns momentos e de particula em outros. As leis da ficia quantica descrevem energia, cores e intensidade de espectros de radiaçao eletromagnectica.

Experiência da dupla fenda

 Essa é uma esperiencia criada para determinar se a luz era um onda ou de fato uma particula.

 

Uma onda qualquer que passe por uma pequena fenda, passara a ter um padrao simples, indo na direçao oposta a fenda. Esse comportamento é observado na agua causando um disturbio qualquer, a agua que passa pela venda vai formando ondas uniforme. Se botar algo para marcar a intensidade da onda no lado oposto a fenda, o ponto diretamente em frente a fenda tera uma intencidade mais forte e conforme a distancia desse ponto almenta, a intencidade vai diminuindo.

Similarmente, quando existem duas fendas, saem duas ondas uniformes de cada fenda. Porem em pontos que elas se encontram, elas se anulam. Como resultado, diretamente em frente da metade entre as distancias das duas fendas havera uma intensidade mais forte, conforme for se distanciando desse ponto a intencidade diminui e em pontos que as ondas se cruzam, as ondas se anulam, logo nao sera marcado nada.  A distribuiçao da claridade pode ser explicada pelo efeito de soma e subtraçao de interferencia de ondas.

Quando fazemos esse teste com particulas, ao inves de ondas, as particulas atingem o outro lado da fenta 1 a 1, o resultado é a soma dos padroes individuais de cada particula. Similarmente, com duas fendas voce teria dois padroes de particulas.

Utilizando esse esperimento, a luz tem o comportamento igual de uma particula quando passa por uma fenda e de onda quando passa pelas duas. Porem utilizando esperimentos para determinar se ela uma particula, ela tem comportamento igual de uma particula. Uzando as duas fendas e observando o caminho que ela faz, ela tem um resultado diferente do que ela teria se nao estive sendo observada. Em outras palavras, ela nao se comporta mais como onda, quando observados os photons agem como uma particula, atingindo o outro lado da fenda 1 a 1 e o resultado é a soma dos padroes individuais de cada eletron.

http://www.youtube.com/watch?v=DfPeprQ7oGc

Simples assim, a luz se comporta como onda em testes de onda e como particula em testes de particula, porem a luz nao assume comportamente de particula e de onda ao mesmo tempo. O simples fato de observar a luz altera o caracter dela. Sera a luz uma particula ciente? O que leva esse fato?

Essas perguntas simplesmente nao tem resposta no momento atual, tornando se um dos maiores desafios da fisica quantica.

Como é feito um micro processador

Video mostra o processo nos laboratorios da amd:

http://www.youtube.com/watch?v=qLGAoGhoOhU&feature=related

O processo começa bolando o projeto, a arquitetura no micro processador. Os caminhos de transmiçao de eletrons, os multiplos censores.

O corpo do mircoship é feito apartir da areia, que é refinada em Silicon Waffer. A areia é processada ate formar um cristal de silicio que é cortado em partes formando uma extrutura perfeita de silicone onde transistors sao inceridos

Exemplo de waffer

Qualquer tipo de impureza prejudica o sistema. O Waffer é fabricadp em uma sala especial que segue uma serie de precalçoes chamadas "salas limpas". Os Sillicon Waffer sao trabalhados completamente limpos, sem poeira.

Eles sao separados em grupos de 25 e passam por centenas de processos e os microprocessadores sao manufaturados em uma fina camada de um Sillicon Wafer. Como é possivel cronstruir um sistema tao complexo e tao pequeno? É como escrever o seu nome em um grao de arros. Atravez de um processo chamado photo litographia. O video asseguir mostra um processo semelhante para ilustrar a Photo Litographia

http://www.youtube.com/watch?v=RHAso1yM-D4&feature=related

A photolitografia transmite as extruturas para os Waffers em um processo de projeçao. O que define a produçao é o controle da luz, atravez dela esse processo se torna possivel. Atravez da radiaçao de luz focada em um ponto é possivel imprimir na superficie o formato desejado.

O Waffer é coberto por uma camada de um material chamado Photo Resist. Uma "mascara" é colocado em frente ao Waffer e luz ultra violeta transmite a estruturas para ele. A parte esposta a luz é tirada atravez de um liquido especial e o restante forma as extruturas no waffer.

Depois desse processo os Waffers vao para implataçao de ions. Onde a parte eletronica dos transistors é implantada. O silicone é um material nescessario para essa parte por ele ser um semi resistor. Moleculas sao jogadas de forma desorganizada dentro da estrutura do Waffer que é levada a alta temperatura para que elas sejam fixadas em posiçoes nescessarias

O wafer é intao limpo e é aplicado uma camada protetora, para evitar curto circuito e garantir segurança

Bilhoes de cabos de cobre ligam os transistors separados para fazer um sistema integrado.

Microscopios eletronicos monitoram cada etapa do precesso, eles chegam a extrura atomica de cada transistor individualmente

Um grande circuitos integrados feitos de condutores com o comprimento de alguns kilometros ligando 100 bilhoes de transistors em varios niveis, isso tudo, em um espaço menor do que uma unha.

Depois de um processo que dura 2 meses os micro prossessadores sao cortados do waffer e sao colados no corpo do chip que é colocado no computador.

Até que finalmente, se forma o micro processador.

Microscopio de Força atomica

O microscopio de força atomica funciona de maneira diferente dos microscopios oticos. Ele escaneia uma superficie atravez do contato com uma agulha microscopica que ele possui. Uma amostra de algum material é colocada dentro do microscopio, o miscroscopio sente o relevo e em seguida emprime na tela os resultados formando uma imagem tridimensional. É um processo similar a um tocador de discos de vinil.

http://www.youtube.com/watch?v=lIszD5CneQQ&feature=related


Ele nao só é utilizado para escanear uma superficie mas tambem para alterar materia em nano escala. Existem Microscopios de força atomica com a capacidade de mover atomo individualmente, ou seja, um atomo de cada vez.

http://www.youtube.com/watch?v=YcqvJI8J6Lc&feature=channel

Para realizar esses ou qualquer outro processo em nano escala, é nescessario um ambiente com condiçoes controladas. A temperatura, humidade, circulaçao de ar e principalmente entrada de objetos na sala seguem um rigoroso padrao. As coisas nessa escala sao algumas ordens de grandesa menor do que poera, caso entre um materia estranho no meio de algum desses processos, mudara o resultado. Logo so podem ser realizados em salas limpas

Sala limpa

Para realizar esses ou qualquer outro processo em nano escala, é nescessario um ambiente com condiçoes controladas. A temperatura, humidade, circulaçao de ar e principalmente entrada de objetos na sala seguem um rigoroso padrao. As coisas nessa escala sao algumas ordens de grandesa menor do que poera, caso entre um materia estranho no meio de algum desses processos, mudara o resultado. Esses lugares sao chamados de salas limpas.

Salas limpas tem um nivel de contaminaçao controlado, especificado pelo numero de particulas por metro cubico e pelo tamanho da particula. O nivel da sala limpa é medido pela quantidade de poluentes como poeira, microbios, particulas de aerosol e vapores quimicos.

Para dar um exemplo, um ambiente urbano contem 35,000,000 particulas de 0.5 nanometros ou mais por metro cubico, enquanto uma sala limpa de menor nivel tem apenas 100,000 particulas por metro cubito e a mais rigorosa apenas 1 de 0.5 nanometros por metro cúbico.

O ar que entra na sala é filtrado e o ar la dentro é constantemente circulado atravez de um sistema chamado high efficiency particulate air ou low particulate air. Esses sistemas mantem o ar circulando constantemente capturando partículas e forçando elas a entrarem em filtros para remover poluentes produzidos no local.

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http://en.wikipedia.org/wiki/File:Laminar_Flow_Reinraum.png

Tudo que entra no local é designado para gerar a menor contaminação no ar possível. As pessoas devem antes entrar passar por um processo de limpesa rigoroso e so podem entrar com roupas especiais que cobrem o corpo inteiro. Existe uma ordem certa para se botar e se tirar essas roupas com o objetivo de diminuir ao mínimo a exposição de poluentes.

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http://en.wikipedia.org/wiki/File:De-Gowning.jpg

Adidionalmente tem uma serie de regras que devem ser respeitadas como:

1. É proibido comer, beber, mascar chiclete em qualquer parte do laboratório.
2. È obrigatório usar a roupa especial sempre que a pessoas estiver na sala limpa
3. Ser discreto na hora de tossir, espirrar ou assuar o naris. Se puder, ir para a área de serviço ou o vestiário da roupa especial. Trocar pelo menos a luva antes de comçar a trabalhar novamente

O vídeo assiguir mostra uma das fabricas da Intel e os cuidados com na sala limpa

http://www.youtube.com/watch?v=4FLBtQC0F0c

Benefícios da Nanotecnologia

É possível enumerar diversos benefícios da nanotecnologia:

·         A Nanotecnologia e a medicina

Atuando conjuntamente com a medicina é possível se ter desde máquinas mais eficazes para fazer o diagnóstico à próteses mecânicas.

A nanotecnologia molecular poderia fabricar equipamentos baratos e avançados para a investigação médica e no campo da saúde. Uma das consequências positivas seria uma maior disponibilidade de fármacos mais avançados.

·         Nanotecnologia para fins militares

Através de roupas inteligentes, por exemplo, que poderão salvar a vida de um soldado que esteja sofrendo um ataque biológico.

·         A Nanotecnologia para eliminar as fontes de muitos problemas sociais.

Por exemplo, o acesso a informação e a comunicação, que apesar de serem ferramentas úteis, em muitos dos casos nem todos têm acesso a elas. Com a nanotecnologia, os computadores seriam extremamente baratos, permitindo esse acesso às partes mais remotas e pobres do mundo.

·         A Nanotecnologia e o sector agrícola.

Os novos produtos tecnológicos permitiriam que o impacto ambiental em atividades humanas fosse muito menor.

·         A Nanotecnologia e a energia solar.

Nos dias de hoje, a maior fonte de energia provém da queima de carburantes que contêm carvão. Este processo apresenta-se pouco eficiente, não-renovável, e para além disso, têm efeitos secundários prejudiciais para o meio ambiente.

A energia solar implicaria uma alternativa factível de energia em muitas zonas do mundo, caso o custo de produção e os terrenos necessários para desenvolvê-la fossem suficientemente económicos, e os sistemas de armazenamento razoavelmente eficazes.

Além destes existem vários outros possíveis benefícios que a nanotecnologia pode trazer. Mas vale ressaltar que ainda existem questões muito pertinentes que questionam essas vantagens trazidas pela nanotecnologia, como a poluição, pois uma vez utilizados para onde iriam os resíduos gerados?

Com a crescente importância do meio-ambiente no âmbito internacional esta é uma questão do interesse de todos. Mas entendo que além desse malefício não ser o suficiente para desestimular todos os milhares de benefícios que a nanotecnologia pode trazer, tenho uma visão positiva, que com certeza, encontrar-se-á uma solução ecologicamente correta para esses resíduos.

História

Muito se fala hoje de “nano” por todo o lado... A palavra nano, deriva do grego, que significa anão, muito pequeno. Assim o nanómetro é um milésimo do milionésimo do metro, que por sua vez é um micrómetro (antigamente chamado “mícron”).

Se o micrómetro é a dimensão de uma célula viva, que se vê com um microscópio normal, o nanómetro é a dimensão de uma molécula orgânica, que só se consegue ver com um microscópio especial (que, por isso, bem se poderia chamar “nanoscópio”).

Corresponderia portanto a 1,0×10⁻⁹ metros, ou seja, um milionésimo de milímetroou um bilionésimo do metro. Tem como símbolo nm.

Mesmo sendo tão pequeno quanto é, um nanômetro ainda é grande comparado à escala atômica. Um átomo tem um diâmetro de cerca de 0,1 nm. O núcleo de um átomo é muito menor - cerca de 0,00001 nm. Dessa forma observamos que existem coisas ainda mais “nanos” que o próprio nano!

A nanotecnologia é portanto, a tecnologia à escala molecular. O seu surgimento ocorreu através das décadas, por pesquisas nas mas diferentes áreas. Os circuitos de computadores estavam ficando menores, os produtos químicos estavam ficando mais complexos. Dessa forma  em 1959, Richard Feymman sugeriu a possibilidade de se construir máquinas pequenas o suficiente para manufaturar objetos com uma precisão atómica. Esse pensamento é considerado um dos pioneiros da área de nanotecnologia.

A nanotecnologia procura construir novas moléculas e novos materiais juntando os seus constituintes, átomo a átomo, com uma individualidade e uma precisão que não se consegue quando se trabalha com uma multidão de moléculas.

Dessa forma, a nanotecnologia vem alterando o mercado e o próprio modo de se ver a ciência, sendo encontrados nas mais diferentes áreas, como cosmédica até robótica.

Introduçao a nanotecnologia

Nanotecnóloga é o estudo que visa controlar a matéria em um nível atômico, geralmente em torno de 1 a 100 nanômetros. Nanotecnologia é uma área extremamente diversa, visando desde o desenvolvimento de novos matérias a controle de moléculas.

Os materiais criados podem atuar em diversas áreas como medicina, eletrônica, biomaterias e produção de energia entre outras.

Já existem diversas pesquisas em varias áreas e já estão presentes no mercado produtos que usam essa tecnologia. Você esta diante de um exemplo disso, dentro dos computadores atuais existem microprocessadores, chips microscópicos que realizam as operações exigidas pela maquina.

Frente e costas do processador Pentium D dual core:

Dentro de um processador de aparência simples existe um complexo sistema na escala nanometrica:

Para enxergar esse mundo é necessário um microscópio de força atômica, um microscopia de resolução extremamente alta capaz de mostra uma resolução de frações de nanômetros, mas de 1000 vezes o limite da refração ótica.

O que é então este mundo da nanotecnologia? Pra onde ele vai nos levar?

Nas próximas postagens eu aprofundarei mais esses e outros assuntos, introduzindo inclusive novos temas.