Introdução à Nanotecnologia

Transcrição

1 Introdução à Nanotecnologia Ele 1060 Aula

2 Introdução à Nanotecnologia Professores: Ele 1060 Marco Aurélio C. Pacheco Omar Paranaiba Vilela Neto

3 Nanotecnologia

4 Pioneiro / Privilégio Pioneiro: O primeiro a realizar algo. Privilégio Bens a que só uma minoria tem acesso. Vocês são: Pioneiros e Privilegiados

5 Contatos Dúvidas, comentários e informações. Twitter: Comentários, notícias, dicas, informações, etc.

6 Motivação

7 Motivação Tamanho é documento!

8 Motivação ENIAC O primeiro computador 1946; 18 mil válvulas; 30 toneladas; 500 multiplicações / s; BUG. O mundo só terá mercado para 5 computadores Thomas Watson

9 Motivação Transistor Válvula Primeiro Transistor Pentium IV

10 Motivação Computadores Atuais Milhões de transistores

11 Motivação Sistemas Biológicos Milhões de anos

12 Motivação O que é Nano? Apenas uma dimensão! "Nano" é um prefixo que vem do grego antigo e significa "anão 1 nanometro (nm) = 1 bilionésimo do metro, 10-9 m

13 Nanotecnologia >> O que é Nano? Dimensão O que é Nano?

14 Dimensão O que é Nano?

15 Definição O que é Nano? Nanociência: estudo dos fenômenos e da manipulação dos materiais na escala atômica, molecular e macromolecular, onde propriedades são diferentes dos de grande escala. Engenharia Nanotecnologia: projeto, caracterização, produção e aplicação de estruturas, equipamentos e sistemas através do controle da forma e do tamanho em escala nanométrica.

16 Definição Por que a Nanoescala é tão importante? Efeitos Quânticos: Síntese em nanoescala permite mudar propriedades micro e macro dos materiais sem mudar composições químicas. Ex: nanotubos Organização Sistêmica: Materiais podem ser organizados sistematicamente, tais como entidades biológicas e materiais naturais: uma poderosa possibilidade de combinação de biologia com ciência de materiais.. Ex: pontos quânticos Área de Superfície: Componentes na nanoescala possuem área de superfície muito maior com relação ao volume; ideal para uso em materiais compósitos, sistemas reatores, medicamentos e armazenamento de energia. Ex: nanocatalizador Alta Densidade: Sistemas macroscópicos construídos a partir de nanoestruturas podem ter muito maior densidade espacial que aqueles construídos a partir de microestruturas. 16

17 Definição O que podemos esperar? A Nanotecnologia é uma tecnologia disruptiva Provoca mudanças na indústria, eliminando empresas que são incapazes de reinventar-se a tempo. A Nanotecnologia pode mudar a natureza de quase tudo o que foi feito pelo ser humano até agora. Tem maior influência que a energia nuclear, os polímeros, a microeletrônica e os computadores. O impacto social causado pela Nanotecnologia pode ser tão forte (ou maior) quanto o da primeira revolução industrial. 17

18 Definição "I want people who are very deep in their discipline and can talk to each other." Stan Williams, Director, Quantum Science Research, Hewlett Packard

19 Definição AQUI ESTAMOS!!!!!

20 Natureza Nano não é novo

21 Antigo Nano não é novo

22 Histórico Onde tudo começou

23 Onde Tudo Começou Dezembro de 1959 Jantar Huntington-Sheraton Hotel - Pasadena Anfitrião Jantar de fim de ano

24 Onde Tudo Começou O Convidado Richard P. Feynman ( )

25 Onde Tudo Começou A Palestra Há muito espaço lá embaixo

26 Onde Tudo Começou A Palestra 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.

27 Onde Tudo Começou A Palestra Feynman propôs o uso de um equipamento de miniaturização em seqüência

28 Onde Tudo Começou A Palestra Linha de produção em nanoescala!

29 Onde Tudo Começou Os desafios 1 U$ 1.000,00 Then I want to do something; but I can't do it at the present moment, because I haven't prepared the ground. It is my intention to offer a prize of $1,000 to the first guy who can take the information on the page of a book and put it on an area 1/25,000 smaller in linear scale in such manner that it can be read by an electron microscope.

30 Onde Tudo Começou Os desafios 2 U$ 1.000,00 And I want to offer another prize---if I can figure out how to phrase it so that I don't get into a mess of arguments about definitions---of another $1,000 to the first guy who makes an operating electric motor---a rotating electric motor which can be controlled from the outside and, not counting the lead-in wires, is only 1/64 inch cube.

31 Onde Tudo Começou Os desafios 2 U$ 1.000,00 William McLellam construiu o motor em Motor elétrico comum miniaturizado

32 Onde Tudo Começou Os desafios 2 U$ 1.000,00 William McLellam construiu o motor em Motor elétrico comum miniaturizado Você poderia dizer que Feynman foi roubado. Ele perdeu mil dólares e não ganhou uma nova tecnologia.

33 Onde Tudo Começou Os desafios 1 U$ 1.000,00 Tom Newman, um estudante da Standford University, escreveu a primeira página do livro A Tale of two cities na escala 1/25000 em 1985.

34 Onde Tudo Começou Os desafios 1 U$ 1.000,00 Tom Newman, um estudante da Standford University, escreveu a primeira página do livro A Tale of two cities na escala 1/25000 em anos após a palestra de Feynman.

35 Onde Tudo Começou Arthur von Hippel Teve idéias semelhante na década de 30

36 O Sr. Nano Vai a Washington

37 O Sr. Nano Vai a Washington Realizado em 26 de junho de 1992 Depoimento do Dr. K. Eric Drexler sobre a Nanonotecnologia Molecular perante o Comite do Senado para o Comércio, Ciência e Transporte, Subcomitê para a Ciência, Tecnologia e Espaço. K. Erik Drexler Al Gore Russell Senate Office Building

38 O Sr. Nano Vai a Washington Realizado em 26 de junho de 1992 Diálogo entre Drexler e Gore Senador Gore: Quanto tempo é necessário para que esta coisa se realize? Dr. Drexler: Geralmente respondo que não seria surpresa se em quinze anos atingíssemos aplicações importantes, de larga escala. 2007

39 O Sr. Nano Vai a Washington Realizado em 26 de junho de 1992 Reação de Especialistas Cobrimos fatos que realmente acontece - Times Não acho que ele deva ser lavado a sério. É demasiadamente excêntrico Calvin Quate (Standford) É mais ficção científica que ciência Thomas J. Watson (IBM)

40 O Sr. Nano Vai a Washington Após o senado Antigo Executive Office Building Meses depois Pentagono

41 O Sr. Nano Vai a Washington Qual o impacto de tudo isso? Bill Clinton NNI U$497 Milhões em 2001

42 O Sr. Nano Vai a Washington Qual o impacto de tudo isso? Bill Clinton NNI U$497 Milhões em 2001

43 Erik Drexler em visita à

44 As Imaginações de Drexler

45 As imaginações de Drexler Novembro de 1979 Drexler leu uma reportagem sobre a palestra de Feynman em Edição especial sobre nanociência. Campo emergente chamado microtenologia

46 As imaginações de Drexler Novembro de 1979 Drexler leu uma reportagem sobre a palestra de Feynman em Edição especial sobre nanociência. Campo emergente chamado microtenologia Era o pensamento de Drexler

47 As imaginações de Drexler Década de 70 O que pode ser feito se juntarmos grama, ar, água e a luz do sol?

48 As imaginações de Drexler Década de 70

49 As imaginações de Drexler Década de 70

50 As imaginações de Drexler Década de 70

51 As imaginações de Drexler Drexler imaginou uma caixa-preta faz tudo. Um montador universal.

52 As imaginações de Drexler Drexler imaginou uma caixa-preta faz tudo. Um montador universal. Qual seria o impacto de tal evento?

53 Aplicações Diversos produtos no mercado Nenhum revolucionário ainda

54 Aplicações Aplicações de Nanomateriais

55 Aplicações Aplicações de Nanomateriais

56 Aplicações Aplicações de Nanomateriais

57 Aplicações Nanoeletrônica - Eletrônica Molecular Ex: LED Orgânico (OLED) Um OLED é um dispositivo fabricado posicionando uma série de filmes finos orgânicos entre dois eletrodos. Quando aplicamos uma corrente elétrica, temos a emissão de uma luz brilhante. Aplicado em iluminação pública e equipamentos portáteis.

58 Porque Engenharia em Nanotecnologia Engenharia é a disciplina e profissão de aplicar conhecimento técnico e científico e utilizar leis naturais e recursos físicos para conceber e implementar materiais, estruturas, máquinas, instrumentos, sistemas e processos que realizem de forma segura um objetivo desejado e atinjam critérios especificados. 58

59 Porque Engenharia em Nanotecnologia Engenharia em Nanotecnoligia é uma nova disciplina e profissão que visa aplicar o conhecimento técnico e científico para conceber e implementar materiais, estruturas, máquinas, instrumentos, sistemas e processos com novas propriedades e funcionalidade. Isso é feito através da montagem, manipulação e controle da forma e tamanho dos materiais em escala atômica e molecular. 59

60 Porque Engenharia em Nanotecnologia Engenharia em Nanotecnologia deve ser multidisciplinar: simultaneamente esboçada a partir de, e em benefício de áreas como a ciência de materiais e engenharia, física, química, biologia, etc. Engenharia em Nanotecnologia deve oferecer educação prática em áreas chave da nanotecnologia. Deve ser enfatizado o treinamento com modernas técnicas de instrumentação usadas em pesquisa e desenvolvimento dessas tecnologias emergentes. 60

61 Engenharia em Nanotecnologia Sofisticados instrumentos necessários, devem ser elaborados por físicos, engenheiros, biologistas, etc. Barreiras sociológicas no âmbito da equipe são enormes. Um programa multidisciplinar é essencial para reduzir essas barreiras. Engenheiros e estudantes reduzirão significativamente essas barreiras, a partir de uma base sólida em diferentes ciências. Promove um rápido avanço na produção de ferramentas para o desenvolvimento tecnológico. 61

62 Engenharia em Nanotecnologia Nanotecnologia é Engenharia Gerar novas soluções baseadas em manipulações em escala atômica e molecular. 62

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65 SENSORES DE ALTA EFICIÊNCIA Sensores de infravermelho baseados em nanoestruturas semicondutoras para detecção de falhas e acompanhamento de sistemas de engenharia. Departamentos associados: Física, DEE, CETUC

66 CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS Nanocompósitos com maior barreira à gás e filtro ultra-violeta para embalagens de produtos alimentícios. Departamentos associados: Física, DCMM

67 TRATAMENTO D ÁGUA Utilização de catalisadores para filtragem e tratamento d água. Departamentos associados: Química, Física

68 MONITORES DE OLED Monitores com LEDs orgânicos capazes de gerar uma maior luminescência com menor consumo. Displays flexíveis. Departamentos associados: Física, CETUC, DEE

69 CÉLULAS SOLARES Nanoestruturas semicondutoras para elevar a eficiência de células solares a índices jamais atingidos. Departamentos associados: Física, CETUC, DEE

70 Distribuição das Aulas Apresentação Conceitos Ferramentas Estruturas Aplicações

71 Distribuição das Aulas Apresentação Conceitos Ferramentas Estruturas Aplicações

72 Avaliação 2 provas conceituais Quiz 1 seminário Pequenos trabalhos Participação Experiências, demonstrações, visitas, etc.