O que é a nanotecnologia?
A nanotecnologia permite o controlo da escala nano-métrica. Nós medidos o comprimento de um elefante em metros; o comprimento de um ser humano é medido em centímetros, o tamanho de uma formiga em milímetros e o de uma bactéria em micrómetros. Se descermos ainda mais na escala de tamanho de um átomo ou de uma molécula, teremos de utilizar a medida de nanometria. Um nanometro corresponde a um bilionésimo de um metro, aproximadamente a largura de três ou quatro átomos. O cabelo de um humano tem em média 25,000 nanómetros.
Desfrutando das vantagens das propriedades quânticas, a nanotecnologia permite um controlo sem precedentes do mundo material, à nanoescala, fornecendo os meios pelos quais os sistemas e materiais são construídos com especificações e características exactas. Os materiais, reduzidos à nanoescala, podem subitamente mostrar diferentes propriedades comparativamente às que exibe em macro escala, permitindo aplicações únicas.
Por exemplo, substâncias opacas como o cobre tornam-se transparentes, materiais inertes como a platina tornam-se catalisadores, materiais estáveis como o alumínio tornam-se combustíveis, sólidos como o outro tornam-se líquidos e perdem a condutividade, e isoladores como o silicone tornam-se condutores. Grande parte do fascínio pela nano-tecnologia prende-se com estes fenómenos quânticos únicos exibidos à nano-escala.
Construindo Blocos de Nano-tecnologia
As partículas que demonstram maravilhas à nano-escala são chamadas nanopartículas. A transição das micropartículas para nanoparticulas pode levar a várias mudanças nas propriedades físicas. Dois dos principais factores desta transformação residem no aumento de proporção de área de superfície em relação ao volume, e no tamanho da partícula que se move para a esfera onde predominam os efeitos quânticos.
Uma vez tornadas pequenas as partículas começam a exibir um comportamento quântico mecânico. O aumento no rácio de área de superfície e volume, que acontece quando as partículas ficam mais pequenas, leva a um aumento do domínio do comportamento dos átomos à superfície de uma partícula, em detrimento dos átomos no interior da partícula. Isto afecta tanto as propriedades isoladoras da particular como a sua interacção com outros materiais.
A Crise de Energia e a Nanotecnologia
Com a crescente necessidade de energia e a exaustão das fontes de energia, os governos de todo o mundo enfrentam o desafio de encontrar soluções para o significativo problema do aumento da procura de energia sem proceder à libertação de mais dióxido de carbono na atmosfera.
A nano-tecnologia está a ser utilizada para desenvolver fontes de energia limpas e mais económicas e eficazes. Com a nanotecnologia, estão a ser desenvolvidas baterias e células de combustível mais eficientes. As baterias de células de combustíveis fabricadas com componentes nano métricos ou nano partículas podem alimentar automóveis e outros equipamentos, tais como computadores.
O desenvolvimento da nanotecnologia para alimentar veículos e outras máquinas é em parte uma resposta à crescente falta de combustíveis fosseis. Os combustíveis fosseis, quando comparados à nano-energia, não proporcionam uma energia tão limpa, abundante e económica.
Tendo sido inventadas nos finais de 1870, as lâmpadas eléctricas tradicionais utilizam filamentos de metal para emitir luz. Os filamentos de metal originam calor, o que consiste num dreno de electricidade. Os Díodos de Luz Branca (White Light-Emitting Diodes – LED) são uma forma de nanoenergia utilizada para produzir luzes artificiais mais eficazes. As camadas orgânicas semi-condutivas, separadas por uma área equivalente a 100 nanómetros, permite que uma quantidade mínima de energia necessária para produzir luz.
O investigador Michael Demkowicz, do Instituto de Tecnologia de Massachussetts, está a desenvolver um nano-composto capaz de resistir aos danos da radiação e que poderá ser utilizado em vez do aço inoxidável nos reactores nucleares. O material irá prolongar a vida do reactor e permitir-lhe um funcionamento mais eficaz, podendo queimar uma maior percentagem de combustível nuclear, resultando também em menos lixo radioactivo. Outros compostos, como a fibra de vidro e a fibra de carbono, com a nano-engenharia, podem mudar a sua forma sob certas condições, produzindo lâminas de turbina de vento mais eficientes e geradores de marés.
A nano-energia também oferece alternativas para a geração de energia eléctrica, especialmente no que diz respeito a aquecimento e ar-condicionado em casas e outros edifícios. A ilimitada energia solar é o exemplo mais óbvio. Esta fonte de nano-energia tem a vantagem de eliminar emissões perigosas como o dióxido de carbono, que é libertado na atmosfera quando são utilizadas fontes tradicionais de aquecimento como o carvão e o gás natural. A utilização da nano-energia solar consiste numa tentativa de cortar custos, não apenas em termos económicos, mas também em termos de saúde humana e animal.
As células solares podem produzir mais energia mais eficaz do que as células convencionais obtidas através da nano-engenharia. Estas nano-células são concebidas a partir da combinação de materiais, em que cada camada captura energia de uma cor em particular no espectro da luz solar. Estas células solares de multijunção têm uma eficiência de 40%, superior aos 20% que os painéis convencionais produzem, contudo, são demasiado caras neste momento para se tornarem competitivas!
As células nano-solares embebidas em plásticos flexíveis podem adaptar-se à forma dos telhados. Assim, é possível produzir energia em qualquer telhado. Com a nano-tecnologia, também podem ser aplicadas minúsculas células em finos materiais retentores da luz, ultrapassando o custo da produção de silicone.
As nano-células feitas de materiais, bastante mais pequenas do que um cabelo, têm maiores capacidades de captura da luz. Cada célula nano-solar pode ser um colector de energia e espalhá-la pelo plástico cobrindo maiores superfícies do que as convencionais células fotovoltaicas. Os nanotubos podem ajudar na absorção de energia solar e na sua conversão para energia eléctrica, devido à sua estrutura.
Ao integrar aplicações da nano-ciência, podem ser criadas “quintas solares” com materiais plásticos combinados com células solares que podem ser transportadas pelos desertos para gerar maior energia. A nanotecnologia permite a produção de um vidro de células solares que não só irá gerar energia como servirá de janela nas casas e estabelecimentos comerciais do futuro. Enquanto captura energia solar para alimentar o edifício, reduz o sobreaquecimento do mesmo, reduzindo assim a necessidade de utilizar ar-condicionado.
A nano-construção mais barata irá levar à utilização de materiais para a gestão passiva da energia, tais como as janelas inteligentes electrocrómicas ou fotocrómicas; aparelhos eficientes de conversão de energia, tais como fontes de iluminação não-termais (por exemplo, os LEDs); a electrossíntese para fabrico de combustíveis e armazenagem de electricidade, e melhores aparelhos de armazenagem eléctrica como baterias e ultra-capacitores de elevada performance.
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