Nanomateriais e Nanotecnologia - Uma introdução a ciência do mundo Nano - Simplifísica

dentro da sua geladeira tem muito frio ou pouco calor e o que o dólar torna tem a ver com frango assado mínimas no liquidificador porque do juizado gelo é mais fácil que no alfalto ea final que relação têm entre o espelho e o escuro complicou simplifísica um nanômetro equivale a um bilionésimo de metro quando um elemento possui esta proporção ele pode desenvolver novas propriedades físicas que não se desenvolveriam entre não foi massiva o ramo da ciência que estuda a manipulação de materiais nesta escala é chamado de nanotecnologia no programa de hoje o professor do instituto de física da ufrgs fabrício feita quando introduziu esta nova ciência caracterizando os nanomateriais e apresentando um panorama atual dos estudos nessa área confira agora o simples física nano materiais em nanotecnologia uma introdução à ciência do mundo o nano um breve resgate eu acredito que que alguém já se perguntou que são os nanomateriais né 11 nanômetro então ela é um bilionésimo do metro a gente escreve sempre isso em potências de 10 ou seja 10 - nove metros na nanociência então é um ramo da ciência que estuda essas propriedades dos manos materiais agora na escala nos materiais na escola não e suas características e usando materiais são os materiais que possuem essas essa escala 10 - 9 pelo menos em uma das suas dimensões então abaixo de 100 nanômetros pelo menos em uma das suas dimensões no cumprimento em área ou não no volume e ela não está com a gente ela faz uso do que a nanociência descobre usando materiais e aplica na manipula a cria então objetos produtos que que são úteis para a sociedade enfim para as pessoas no dia a dia só uma relação de escala para a gente ficar mais por dentro do que a gente vai falar hoje então a relação entre um planeta terra em uma bola de futebol can 2010 de 22 centímetros está na ordem de 100 milhões de vezes e essa bola é a mesma bola com relação a um furor e no que é 11 a grupamento de átomos de carbono na forma de uma esfera que o carbono 60 ou 60 ou fulereno também nome dele é a mesma proporção de dimensão aqui tem uma escala entre as coisas por exemplo uma pulga têm um milímetro aí já vamos para as células vírus essa é a imagem clássica onde atuam nos de cheney foram os opostos em cima de uma de uma lâmina de níquel feita pela ibm então é uma forma de manipular átomos em uma superfície aqui é uma imagem de transmissão microscopia eletrônica de transmissão onde se vê algumas nanopartículas essa escala que são 20 nanômetros então o que está aqui há menos de 20 minutos mas dentro dessas partículas têm outras nanopartículas menores ainda na escala de três nomes é que é uma fita de dna então tá na escala aqui de algumas unidades de nanômetros e os nanotubos de carbono propriamente dito com larguras agora de ajuda do seu diâmetro de cerca de uma a dois nomes dos nanotubos de parede simples aqui mais um pouquinho de uma escala então a os nanotubos de carbono eles estão mais ou menos nessa faixa entre 1 e 10 isso vai depender muito seria de parede simples dupla tripla ou de múltiplas camadas múltiplas paredes então ele pode até algumas dezenas 10 algumas unidades de dezenas de nanômetros tá mas quando aparecem sempre ele tá naquela ordem de 1 a 2 não só um curiosidade então o que trata dos materiais um ano métricos ou a nanociência então tudo que for nando envolve algumas áreas de conhecimento química física as engenharias até a própria informática biologia medicina também uso fazem uso disso desse conhecimento para seus afins de interesse a física basicamente é o que eu vou mais me até ao minha área de atuação não vou ficar escrevendo sobre biofísica por exemplo que eu não sei mas a física trabalha então sólidos semicondutores essa parte quântica que aparece mais nesses materiais nanométricos e uma gama de possibilidades se abrem aqui e claro que isso também por exemplo quando vai para baterias ou displays isso acaba indo pra oprah engenharia ou para informática acaba entrando nas áreas umas nas outras então o que efetivamente muda quando a gente pega um material que a gente já conhece as suas propriedades e vai agora para uma escala e dez menos nove metros basicamente vamos olhar agora um agrupamento de átomos que se agrupam em forma de partículas né tem suas ligações químicas e em suas interações que isso não é tão pequeno a interessante agora o importante agora mas isso está na forma de uma partícula de uma nanopartícula que é um agrupamento de átomos que têm suas ligações químicas estabelecidas o que acontece quando a gente pega uma camada e começa recobrir ela com outras camadas por exemplo outros atos na sequência ampliando esses atos quem tem uma relação de área superficial os átomos que estão na superfície com relação ao vivo ao todo ao total dos átomos é uma relação muito grande veja 92% dos atos contínuos nessa nanopartículas estão na superfície então a grande parte dos átomos estão expostos ao meio externo as interações que eles podem que podem ocorrer com com esses atos aqui se a gente for aumentando a quantidade de átomos a razão dessa nos átomos na superfície começa a diminuir o percentual começa a diminuir quando a gente tem cerca de 1. 500 a 2415 que é o que está aqui a gente tem cerca de 35 por cento apenas de átomos na superfície então isso daqui já nos dá uma boa idéia do que pode acontecer por exemplo efeitos catalíticos que dependem da interação de um meio que ele seja líquido ou não com esses átomos com essa com as onze elétrons desses átomos enfim eles vão sentir essa presença diferentemente certo por mais que tenha mais átomos essa relação de superfície são realmente os atos mais externos mais dispostos a ocorrerem o promoverem essas mudanças ou efeitos catalíticos ou a própria instabilidade dessa nanopartículas uma outra coisa sobre o efeito catalítico quando trabalha se trabalha com nanopartículas uma coisa muito importante é o plano cristalino tal jatos e organizam praticamente de três formas não é os átomos nesse organismo na forma cristalina amorfa ou sem organização a periódica então ou é uma componente racial é um contorno de grão e entretanto nessa forma cristalina o plano cristalino a face desse plano exposta ao mês da superfície é muito interessante muito importante ele pode promover um efeito catártico maior ou menor pode absorver a mais radiação tem algumas propriedades intrínsecas ao plano cristalino devido às suas organizações eletrônicas essa mais um modelo de uma organização de um sólido é uma imagem 2d de um sólido volumétrico onde nessas regiões escuras tem então uma organização de uma forma cristalina tem um ano que está lento ali um ano cristal e essa essa região branca que essas bolinhas brancas então representa um contorno de grão com torno dessa dessa região cristalina essa região para instalar lina vejam que a periodicidade dela ela se repete e se repete por um longo período com relação àquele aquela célula etária que se chama que é a característica periódica que se repete então se repetir por várias vezes esse tamanho e essa parte branca que ela não tem essa orientação ela não carrega essa informação de orientação então quando a gente vai pra para um tamanho há muito pequeno é pros mano essa relação de parte cristalina parte não cristalina parte de contornos grande componente racial ela começa a ser muito competitiva então alguns efeitos de instabilidade desse material à vão aparecendo aqui uma imagem de microscopia eletrônica de transmissão é uma imagem de microscopia eletrônica de transmissão no modo de alta resolução então se vê planos atômicos nessas linhas são os planos atômicos dos átomos estão aqui enfileirá jeans e quando chega nessa região ele essa e se há essa repetição ela é parada ela não continua mais tentam uma parte desordenada e começa de novo uma outra a organização cristalina agora em outra direção em outra um outro alinhamento os planos em outra direção então essa região entre um cristal uma região cristalina e outra é a nossa componente racial e essa região tem cerca de 2 nanômetros de de comprimento então seria essa parte branquinho é uma região cristalina já comentei temos então uma parte amorfa né à parte a morte ela possui uma certa organização há uma certa a repetição mas não é mais de longo alcance do jeito que a cristalina é então ela se chama de uma a organização de curto alcance não é alguns poucos vizinhos e tem a componente racial que não possui a organização periódica alguma uma forma de caracterizar isso é a difração de raios x quando o raio x incide no material o periódico os planos cristalinos fazem atuam como a rede de difração esses essa diferença de caminho faz com que sejam estabelecidas há regiões bem definidas de interferência construtiva dessa radiação e então surgem os picos de de infração é de um material cristalino já o material a mofo é essa região angular aqui que a incidência que é registrada em 2 tel enfim é uma é um efeito de ótica geométrica ele não possui uma região bem definida então não forma um pico bem estreito ele forma um halo halo que se chama o amor fu é um pico bem mais alargado então esses são os índices de miller é assim que que são representados os planos cristalinos hl 010 2010 enfim tem lá os seus suas identificações devido aos planos da célula etária agora quando a gente tem um material que tem dimensões muito pequenas e que possuem alguns defeitos algumas vacâncias ou até mesmo pureza notem que se faltar um átomo daquele daquela nanopartícula menor já é um é um uma ausência muito significativa tá eu comparo isso por exemplo se pega uma área de um campo de futebol e faz lá meia dúzia de buracos no campo de futebol agora pega essa meia dúzia de buracos do mesmo tamanho e coloca isso na pequena área do goleiro ou na metade ou um quarto da pequena do goleiro isso é muito mais significativo mesmo o mesmo defeito a mesma a mesma perturbação afeta de uma forma muito mais significativa então isso acaba influenciando muito mais bom essa é um trabalho que eu peguei na na rede onde os pesquisadores eles estudavam nanopartículas de carbono selênio é do segmento de carne e foram vendo como que se comportava de infração de raio x em relação ao tamanho ao diâmetro dessas partículas a gente tem aqui o a deflação de raio-x probook por um massivo para algo bastante grande né e está bem definido tem as linhas de difração que os picos de infração bem definidos ao diminuir o as dimensões das nanopartículas isso começa a largar vejam que esses picos se sobrepõem ficam apenas um pico bastante largo dessa forma semelhante mente até ao amor foi aquele pico bem largam que a gente viu hoje então a gente começa não que não tenha mais organização a cristalina de longo alcance mas aqui não tem mais partícula prater longo alcance veja que o a dimensão dela é de 1. 2 nome não tem como se prolongar uma repetição maior por isso bem então algumas propriedades começam a ser afetadas não é uma das propriedades ea temperatura de fusão todos nós acabamos estudando lendo enfim que os materiais principalmente os metais têm temperatura de fusão bem definidas agora quando a gente começa a diminuir o as dimensões chegando pra nestas ordens dos nanômetros as temperaturas difusão são alteradas elas diminuirão não precisam de tanta energia para fundir esse material vejam que quando a gente tem por exemplo 15 nanômetros por uma partícula de fé não precisamos mais de 1.

500 graus celsius mas sim de cerca de pouco menos de mil graus é uma diferença de 500 graus celsius já é uma diferença significativa aqui é um exemplo só pra programático do ouro então quando a gente tem cerca de 5 nanômetros a fusão do ouro ocorre a 90 a 920 graus celsius cerca de 2 nome 500 em qualquer coisa sendo que o ouro naturalmente teria um ponto de fusão de 1064 é uma redução significativa aí cai bastante isso é de uma forma tecnológica é interessante porque agora não precisa mais de tanta energia para fundir os metais os materiais que podem aplicar menos - pouco menos potência - é menos energia para conseguir o mesmo efeito uma forma de reduzir o metal por exemplo pra pra economizar energia é usando um sistema de moinho de bolas ou alguma coisa do gênero que gaste menos energia ainda do que aquela energia aquela diferença de energia entre os 500 e os 1000 graus celsius bem então vamos para as propriedades eletrônicas quando a gente tem um ato isolado os níveis eletrônicos são bem definidos né nós temos linhas onde os átomos os níveis eletrônicos a partir do núcleo estão bem estabelecidos então se a gente tem a camada mais interna do ato mais próximo ao núcleo a nossa camada ca1 depois temos a camada ln assim por diante cada camada comporta um certo número de elétrons dependendo da sua a orientação de spin e e isso nos dá alguns níveis de energia de forma bem discreta e quando a gente começa agrupá todos esses níveis começam a a a ter uma de degenerescência e para um sólido então a gente não tem mais níveis a gente tem uma banda de energia então é uma região onde esses elétrons podem a ocupá dependendo da sua energia isso é por um sólido massivo e aqui então é uma coisa mais discreta a gente volta a de uma banda de energia para níveis mais discretos então a parte eletrônica é alterada um condutor nós temos que as bandas de condução e de valência banda de valência essa banda rosinha aqui de baixo a banda de condução é que em cima da banda de valência em bando de condução se sobrepõe então os átomos códigos elétrons eles estão livres pra fluir pelo pelo material condutor por exemplo metal foi essa distribuição esse esquema de distribuição de bandas já um semicondutor ele possui uma separação né a banda de rua de valência a banda onde os elétrons estão há naturalmente está distante da banda de condução é necessário fornecer os uma certa quantidade de energia para que esses elétrons ocupem essa banda de condução e se influam por esse material cria então uma condução elétrica e um isolante então essa diferença de energia é muito maior geralmente em torno de 3 a 4 elétron volts é um é o limite máximo de um semicondutor acima de 4 elétron volts isso é um isolante considerado um isolante é o que se chama de banda proibida nenhum ela não pode ficar nessa região ele assume uma posição que depois é caiu ele fica aqui embaixo essa energia de do baile gap né quem é chamado assim ela é dada por essa equação zinha h é a constante de planck minha frequência do fóton por exemplo e n então é sobre lambda lambda o comprimento de onda dessa luz esse é uma constante constante de planck também é uma constante então isso dá 1. 240 bom dito isso agora vamos pôr um esquema de os princípios físicos da foto luminescência então olhando para um material semicondutor os elétrons estão nessa região da banda de valentino estado fundamental eles recebem uma quantidade de energia eles absorvem por exemplo uma radiação uma luz eles são citados por um estado é de mais alta energia entre esses estados ele pode decair não rode radioativamente mas depois eles de caírem desse menor nível pro estado fundamental então eles têm que perder essa energia e essa energia perdida numa forma de emissão de luz então esse efeito da fluorescência tem também um outro um outro modo de liberação de energia que depende de uma transferência desse estado num outro estado que é um pouco mais baixo e nesse caso ele vai depender de uma alteração no spin vejam que nesse estado que chama de singleton o spin já tem a orientação necessária pára de cair e ocupar o menor nível e aqui não ele não pode ocupar o mesmo nível porque tem o mesmo momento de spin ele precisa inverter isso daqui então demora um tempo e aqui a fosforescência os materiais fosforescentes atuam nessa forma também um esquema de de energia então para um átomo temos níveis de energia bem discretos quando vamos para moléculas orgânicas por exemplo semicondutores também acabam tendo um certo uma certa banda de energia e não mais um dos níveis discretos mas mesmo assim é um pouco mais discreto do que um semicondutor enquanto 1. 316 ele começa a ter uma certa discriminação e o semicondutor macro cristalina então tem aquelas bandas bem completas então quando a gente sai do makro e constrói um ano na ou creche até certo ponto deixando ele não a gente não faz uma uma energia a the gap nesse desse nível mas sim uma energia desse nível que eu seja essa banda é alterada a gente consegue manipular isso nessa forma então quando a gente trabalha com um ano um com semicondutores na forma de nanopartículas nas dimensões de cerca pouquinho mais de um nome até uns 263 da números são chamados de quanto um dote néel pontos quânticos onde os efeitos quânticos de aprisionamento dessa energia e descredibilização são mais evidentes e isso é bastante aplicável filme já tem um exemplo aqui onde se altera alterando-se o comprimento se altera a energia de absorção e também de emissão não se altera aquele bem diga e a gente tem o mesmo material aqui que é um seleto de cádmio na forma de quantum dotes mudando o tamanho a gente vai tendo as fotos luminescências então isso aqui a emissão ele recebe uma luz ele absorve sinto elétron quando de cá e de cá e com uma certa é uma certa couro uma certa um certo o comprimento de onda que é característico ao seu tamanho pode ser feito essa variação toda admissão aqui também é uma esquema disso é mais do mesmo só pra ficar mais evidente a eventualmente os materiais uma aplicação já no mercado disso são as tvs que leve que trabalham então o quanto um dote e não com leds maiores né com tamanhos e com dimensões maiores mas com leds com que são de outros emissores de luz que são semicondutores agora no tamanho de quantum docs aqui é um comparativo do mesmo fabricante com as tvs ou telas oled que são a tvs feitas não por semicondutores inorgânicos nós por moléculas semicondutores então aqui aplicada eletrônica orgânica são pequenas moléculas que absorvem luz e emitem luz absorvem a a diferença de potencial essa energia e emitem luz as propriedades magnéticas também são alteradas como as propriedades eletrônicas então um material magnético no tamanho um macro ele possui vários domínios magnéticos e esses domínios eles se alinham de forma aleatória ou de forma a minimizar a energia dessa nesse material quando a gente aplica um campo externo a tendência é que esses domínios todos se a liminar a mesma direção do campo externo da desde que esse campo externo seja forte o suficiente pra isso quando vai diminuindo o tamanho essa esses domínios começam a ficar menos populosos né não conseguem ter um domínio tão pequeno até se tornar um nó no domínio e depois disso então ela se torna super para magnética aqui na verdade quando a gente em é as dimensões de super para magnetismo o comportamento ainda é magnético ou seja se aplicar um campo externo um campo magnético externo eu vou alinhar e sismo é essa material o momento de espinho esse material com a orientação do meu campo contudo ao remover o campo a manifestação vai a zero o mesmo instante nesses nesses outros tamanhas dimensões a uma retenção do campo uma magnetização remanentes certo e é isso que a gente vê por exemplo nessa curva azul onde é um regime onde a conectividade é muito grande há um laço de estresse muito grande temos então campos que que para inverter essa orientação precisamos a ir para campos de polarização contrária e com maior intensidade então a gente magnetiza a aqui por exemplo veio magnetizado para inverter essa organização para desmagnetizar ela para a manutenção ea zero precisamos aplicar um campo contrário bem mais intenso diminuindo então nessas outras regiões essa histerese começa a estreitar um pouquinho e vermelho é um comportamento de super para magnífico a e se esse efeito de magnetizar rapidamente e desmagnetiza rapidamente é interessante para aplicações tecnológicas dentre elas para efeitos de hipertermia que são efeitos de são efeitos de de tentativa de se matar ou se destruir algumas células localizadas por exemplo no combate a tumores então a idéia ali envolvida é que essas nanopartículas sejam direcionadas à no entorno de um tumor se aplica um campo alternado de alta freqüência então de magnetismo desmagnetiza muito rapidamente acaba ocorrendo ali um efeito térmico nessa nanopartículas magnética e essa então ela quer sina e localmente ali ela vai começar matando ele indo essas células do tumor por conta dessa temperatura mais elevada se elas não agüento então é uma das aplicações também em ferro fluido então se faz uma solução se faz uma solução desse tipo faz uma cela onde a parte do núcleo ela é magnética essa essas cadeias então tem uma cabeça pular em uma cabeça a pular e isso faz com que todas elas não aglomerem e formem uma grande a partícula então elas ficam de suas esperanças no meio líquido e tem esse aspecto é um fluido que com uma você consegue a orientá lo e transportá lo para onde você quiser é é tem algumas aplicações inclusive pra não deixar diminuir o atrito entre peças que se movem e é uma das aplicações do ferro velho inclusive aqui tinha uma parte interessante talvez que era as dimensões vejam que pra uma magnitude não é ferro 3 a 4 uma magnetita que eram dois a três o tamanho para elas se tornarem super para magnéticas é diferente uma em torno de 25 nanômetros outra em torno de 30 e isso vai ser diferente pra outros materiais que tem alguns materiais que são as super para magnéticos com apenas somente se tornam se prepara magnéticos com 10 nanômetros por exemplo bom uma outra característica que temos dos desses materiais ou das dimensões nanométricas agora são das dos materiais na forma de 2d ou de duas dimensões aqui é um exemplo de uma peça é um bloco de grafite o grafite ele se constroem minas e é possível separar essas lâminas por uma forma de esfoliação em um processo de oxidação primeiro essas folhas são são mais se distancia um pouco mais então a gente tem folhas de grafeno não é de grafeno oxidado na verdade mas com essas folhas de grafeno é possível fazer tanto os nanotubos de for pensar que eu não tenho uma folha de grafeno enrolado não é bem assim que é feito no tubulão tubo mais folhada e depois enrolado noturno cresce de um bloco por reações de temperatura em condições bem controladas mas é um exemplo de como é um youtube é uma folha de grafeno nesse grafite esfoliada então se num bloco é grafite uma única folha de grafeno quando envolto assim nessa forma de canudo no tubo temos ainda o fulereno aqui são esferas esses nanotubos eles podem ter uma única parede ser um único cano do simples ou vários canudos um dentro do outro a mesma coisa com essa a esfera esse fleni quando acontece de ter várias esferas uma dentro das outras se chama de cebola ou mesmo nome de cebola quando então esse é o processo o tecido grafite ele separa ainda mais essas camadas não é então é feito o processo disse esfoliação e depois se reduz de volta sem a mesma folha de grafite e agora só que em uma única dimensão dois de uma forma dois de então ela se chama de grafeno aqui é uma microscopia ótica onde se vê uma única camada de grafeno aqui são duas camadas regiões um pouco mais escura são mais é uma forma de caracterizar então o grafeno microscopia ótica simples e por contraste por diferença de intensidade do uso essa microscopia eletrônica de transmissão no modo de alta resolução onde dá pra ver justamente os átomos dispostos nessa organização da rede do grafite ou do grafeno essa é uma floresta de nanotubos onde se cresce então noturnos a partir de uma uma base de carbono na graphic e com condições de temperatura e atmosfera bem controlado então eles crescem e fórum essa floresta de nanotubos depois têm processos de purificação de isolamento deles de separar o que tem a uma parede única ou mais do que uma parede são vários processos empregados nessa esse material é bem interessante do ponto de vista eletrônico e ele é dos nanotubos que dependendo da forma que ele está enrolado por exemplo se eu pego essa essa folha de grafeno em rolo ela dependendo de como eu em rolo eu tenho um nanotubo condutor que tem uma característica metálica ou temos então nanotubos semicondutores isso é interessante para as aplicações têm essa relação onde os múltiplos de de três são condutores os mundo os não múltiplos de três são semicondutores aqui temos um exemplo de nanotubos que possui então essa diferença de realidades por exemplo se vai dar zero e esse condutor também então o diâmetro em torno de ponto 4 a dependendo do diâmetro então temos um bem de gap de ponto 4 a 1 elétron volts então de 0.

6 a 1. 6 na loja e isso são todos os nanotubos de parede simples agora não todos de várias camadas de várias paredes ele se comporta como um condutor a partir de seis camadas então de volta até as propriedades do grafite a agora com um noturno podemos fazer várias funcionárias ações a grudar aqui nas laterais algumas moléculas ao ou hidroginástica ou fazer fazer um noturno ordenado por um polímero várias funções que que podem ser interessante para determinadas aplicações ou simplesmente para deixar eles mais solúveis em água enfim no solvente que a gente quer ou injustamente reagir com alguma coisa que a gente tenha interesse então pode ser uma molécula catalisadora pode ser uma molécula que vai interagir com um vírus e vai enfim tem um uma molécula de um fármaco que de alguma forma pode ser uma uma forma de entrega de drogas etc tão bom aqui são os flor anos eles podem ter várias a várias denominações os 60 são 60 átomos de carbono ou seja 240 são gente 45 por diante quando ele começa a ter tamanhos maiores ele perde essa formato esférico vai para o formato mas hexagonal enfim se for pensar em 3d então é um formato octogonal essa ação é uma imagem de busca pia eletrônica de transmissão onde se vê as várias camadas de si nesse fulereno formando então uma cebola e aqui também de forma análoga aos nanotubos essa cebolas também podem ser funcionalizadas de várias formas diferentes também podem ser semicondutores se forem de parede simples ou podem ser condutora se forem de múltiplas camadas aqui é uma aplicação propriamente dito dessas dessas cebolas enfim onde elas revelam um contraste muito maior uma microscopia eletrônica microscopia de fluorescência ainda existem outros materiais que podem ser feito é com formados nessa forma dois deles são os seletos de molibdênio de um stênio sulfeto então são esses caras dessa família quis enxofre selene telúrio e em geral dessa família que amorim bn são os mais comuns os outros do lado aqui também eventualmente podem mas dependendo da forma que são crescidos e tudo mais agora ao contrário do do carbono a camada não vai ser um único átomo de um único material obviamente tem que ser a cada átomo de molibdênio por exemplo tem que ter dois átomos de selênio prosseguimento de um livre de então fica uma camada com três átomos desse jeito a espessura dessa camada muda um pouco mas o que a gente tem então é uma folha semicondutora com propriedades e interações diferentes muito diferentes na verdade do que o volume médio o seleto de molibdênio stênio então eles têm também de guerra em torno de um elétron volt isso já está no regime do visível mas para a parte mais para o infravermelho é o que pode ser interessante por exemplo absorver faixas de espectro do de missão solar pra células solares que outros semi condutores não absorveria são amadas o que aqui é mostrar justamente uma foto luminescência de uma única camada é um pico bem estreito e bem definido para três camadas já reduz bastante intensidade por um material com várias camadas nelma silva enfim ele já não apresenta essa foto nome e eficiência característica nessa região devido àquela diferença de energia não é que quando a gente tem o volume é porque a gente tem uma banda energia uma energia bem mais 30 quando a gente vai para dimensões menores essa essa energia do gap é diferente ela é descrita usada de uma forma mais próxima do que um átomo do que é o do que o vôo também tem uma diferença bem significativa por exemplo quando a gente vem por uma mono camada temos então agora um golpe direto diferente do que é novo méxico que temos gap indireto a diferença de um gap outra é aquela barreira de energia é que o gap indireto ele precisa além de um fóton que é uma partícula de luz uma partícula de energia ano dada pela pela luz ela precisa de um forno que é uma quantia ação uma partícula de energia de vibração da rede então não tem como essas duas coisas pra que o elétron saia da banda de congo de violência pra ir pra banda de condução se não não vai agora quando é um golpe direto apenas o fóton apenas a luz pode esse tá dando a energia necessária pode citar a banda de condução aqui são imagens também de alta resolução de microscopia eletrônica de transmissão mostra praticamente a mesma coisa no futuro em que a gente viu antes uma uma aplicação desse material 2d é na fabricação de trânsito agora aquela camada semicondutor ela ela é dada por uma única folha pode ser um elemento de molibdênio por exemplo aqui é um exemplo e foi feito na microscopia de força atômica consegue se ver o degrau então a altura entre uma superfície e outra então aqui estava em cima da mono camada de selectivo líder e depois quando ela desce para o substrato ou neta que assim por exemplo nem pra cá que está a folhinha está medindo aqui pra lá não tem esse degrau e essa altura é representativa de uma única folha de uma única camada no sedimento de unb então aqui são feitas às medidas vejam que pro a parte positiva dada a diferença de potencial se tem condição para a parte negativa não tem e foi aplicado aqui não dá para ver muito bem mas aqui são 60 volts menos 60 volts então foram cerca de menos 70 menos 80 voos aplicado não tinha corrente reverso desse trânsito uma outra aplicação para sensores ou de gaza onde de moléculas específicas onde elas interagem com essa superfície e se a detectar um aumento da corrente uma outra forma de utilizar onde aplicar os nanomateriais é fazer uma uma matriz na estruturada por exemplo com nomes feras e essa matriz então se ímpar cota isso essas carinhas são esferas de sílica indivíduo basicamente com dimensões nanométricas se faz se deposita um material que se quer compor essa matriz e depois remove essas esferas então fico ano buracos num volume bem definido e isso tem uma aplicação em ótica não linear quando se incide por exemplo um certo espectro de luz a polí cromático ele atua como um filtro e deixa passar apenas um único cumprimento de um nesse sentido ou até mesmo para transmitir informações algumas frequências não são não passam ou simplesmente outras são priorizados então os dados de transmissão são fluem transmitem e se você quiser bloquear por exemplo consegue criar um cristal fotônico com essa estrutura com que ele fica todo há um sinal eletromagnético diferente que não tem aquela freqüência do permitido é mais ou menos essa idéia de como ficaria o volume cubo foi de buracos nos médicos no branco os filmes finos também estão presentes nos materiais nano médicos agora quando a gente fala indy menções de espessuras nanométricas né então por definição eles não são necessariamente apenas numéricos mas vão até os micrômetros poucos nem prontos alguns várias micrômetros na verdade mas fazendo filmes nos médicos temos algumas propriedades interessantes dentre elas as propriedades eletrônicas e as vacâncias atuam mais significativamente enfim são várias e várias questões uma questão que chama atenção é a a tecnologia se nós que é o complemento e metal oxide semiconductor é uma tecnologia para fazer justamente os dispositivos eletrônicos então toda parte de fabricação que possua uma afinidade com essa tecnologia é muito importante muito interessante porque coincide ou vem a somar com a tecnologia já existente não é uma nova tecnologia a a menina que tem que adaptar tudo então alguns trabalhos realizados com nanotecnologia alguns trabalhos que eu participe e eminentemente só pra pensar alguma coisa onde houve alguns efeitos que ocorreram esse trabalho foi feito então uma síntese de sulfeto de de zinco e esse é sim se foi feita por um moinho de bolas onde tinha um pó não estruturado no cristalino mais ou menos uma organização que nessa foto as dimensões dos núcleos talentos era em torno de 9 na nome cruz naquela região que instale no então era 99 metros depois de uma região esse é um banho de bola enfim como que é feito às esferas vão morrendo e cipó e isso vai fazendo com que o zinco reaja com o enxofre forma então o sulfeto de zinco essa microscopia eletrônica de transmissão vejam que os domínios cristalinas vão se alterando bastante nessa região e essa é a distribuição de tamanho vai de cinco e tal mas aqui em 9 10 e onde tem mais população é é um diâmetro médio maior é essa é uma pessoa eletrônica de transmissão mas não em alta resolução mas sim em resolução normal o que aconteceu foi que numa análise térmica e foi observado uma flutuação no fluxo de calor e isso não era uma fusão de nada não era cristalização não era nenhum processo térmico relacionado ao material e com a gente pensou então que poderia ser uma uma uma flutuação devido à perda de magnetização ou perda de de alinhamento magnético também ele responde de uma forma semelhante numa medida térmica então foram feitas algumas medidas magnéticas de uma edição por campo é tão humanização foi medida em função do campo aplicado e civil que esse material ele possuía uma magnetização do tipo ferro magnética e perdi então essa limitação com a temperatura é essa é a característica do material ferromagnético se você aquece ele deixa de ser um magnífico e perde depois recebendo de volta isso foi atribuída justamente à aos as vacâncias de enxofre e de zinco devido aos processos de síntese não foram vistas duas fases então uma fase duas fases cristalinas diferentes cada uma tem um grande carro diferente ea gente conseguiu medir as suas energias e engata então foi material que foi que possuem novas propriedades nos agora um suspeito de zinco ele não possui característica ferromagnético ele não é magnético ele é um semicondutor mas agora a gente conseguiu então um semicondutor que também responde magneticamente essa falta neste ato faz com que abra a possibilidade da na banda de do elétron se orientar com o campo o spin do elétron se orientar com esse campo então ele possui uma manifestação é um outro trabalho que mais recente onde camadas é de óxido de áfrica com alumina um certo nível de vacância e uma outra camada sem vacance foram testados então para num dispositivos de memória que resiste vivas não vou lá memórias resistiva são voláteis são memórias onde uma diferença de potencial cria um caminho onde a resistência dessa nesse material é reduzido então ele é aumentar a corrente a partir de um certo potencial ou aplicando potencial reverso esse caminho é interrompido e volta a ter uma alta resistência então fica trocando entre alta resistência baixa resistência à alta corrente baixa corrente então na parte de de informática enfim eletrônico isso pode ser lido como 10 e 11 então pode ser tratado como uma memória já tem comercialmente japão já está sendo fabricada panasonic já fabrica a protótipos desde 2013 a samsung já está lançando equipamentos que vem então com essa tecnologia é um pouco mais rápida do que as memórias magnéticas e ela possui uma um tempo de vida é consideravelmente maior então ela pode durar mais então foram feitas algumas estruturas isso aqui são filmes fins e aqui são contatos um contato de ouro ea parte de alumínio em baixo que é onde foi aplicado diferença de potencial e medida corrente essa é uma camada sem vacâncias sem defeitos o x indica falta de oxigênio na mostra e foi brincado então com essas espessuras né mantemos 40 nanômetros a uva kansas depois é dez nomes fossem vacantes depois 30 nanômetros e 40 minutos respectivamente o que a gente viu a bom e esse é o efeito não é cria-se o canal é forma depois diz forma pode ser o único lar então fórum des forma no mesmo lado do potencial então potencial negativo ou forma e precisa para desformalizar esse canal tem que pôr um potencial negativo e da ielb pular essa é a ideia por exemplo de um filamento formado por vacância de oxigênio onde essas vacantes se alinha o tipo de condução é uma condição única mas também dá pra ter um filamento metálico quando a difusão do metal no volume dessa camada formando então fila no filamento e esse filamento pode se romper ou com efeito já li ou por potencial reverso então a difusão contrário então aqui vai ter quando o metallica ac condução e única os filmes foram depositados por um método de pulverização católica é uma imposição física é uma técnica relacionada com a técnica semana com compatível com a tecnologia se nós bom a gente não mediu então a mostra que a gente não queria vacâncias realmente não temos um efeito de foto luminescência quando temos vacâncias temos a o efeito de uma foto ineficiência para aparecer então muda se as propriedades eletrônicas esse material quando temos vacantes as propriedades eletrônicas são alteradas ele consegue então a aceitar níveis e de cair gradativamente então é uma evidência que temos camadas com a canja de camadas em bacantes aqui é só um comparativo se der tempo dá pra voltar depois e tal mas para explicar juntamente com as bandas correspondem a níveis de vacâncias bem ou transições bem definidas entre os atos essas são as medidas elétricas então essa mostra é a mostra 100 vacâncias ela não tem nenhuma alteração na sua não tem um salto da corrente no então não formou nenhum canal de condução ela mantenha claro vai aumentando potencialmente a corrente isso é um efeito natural mas essa por exemplo que a mostra dois que aqui tem vacância ao a um certo potencial ela sofre um salto de corrente e quando volta ela diz forma esse canal produtor agora com duas camadas a gente viu uma coisa mais interessante que eram vários níveis vários saltos então aqui formava um certo canal e nessa outra região do potencial desculpa formava um outro canal condutor tem os potenciais de informação em e as características de condução aqui então a estrutura mais espessa essa razão entre o estado de menor de alta resistência no estado de baixa resistência ou baixa corrente e alta corrente ampliou é temos uma razão muito mais significativa e o que é interessante porque se a gente for pensar que a gente precisa ter uma diferença significativa entre o que é alta corrente o que é baixa corrente para não trabalhar na faixa do ruído quanto mais distante for essas diferenças decorrentes a gente consegue garantir uma leitura mais precisa aqui foram então medidas com temperatura justamente para tentar entender o que era que estava acontecendo no estado de baixa resistência é um isolante praticamente então tem uma certa quando atividade muito baixa em do tipo e única e no intermediário a gente também possui uma certa característica de produtividade e no fim então a gente viu que a ocorria primeiro a formação de um filamento e o único vacâncias não é de oxigênio ea segunda camada então ocorria uma formação de um filamento metálico devido à difusão do alumínio que era daquela camada do docs de a final com alumínio então a gente conseguiu tirar o coeficiente alfa e que bate muito mais próximo o alumínio que com a fim então tínhamos dois processos se testou estabilidade com certo tempo ea razão ficou entre 10 nas sete razão entre o estado de alta e baixa resistência à literatura repórter até 10 9 então a gente estava bem bem próximo enfim do máximo que a literatura repórter esse é um outro trabalho também recente nesse sentido onde utilizou então o ferro elétrico internet possui um momento de dipolo elétrico bem definido natural espontâneo onde semelhante ao ferro magnético ele possui um certa um certo linhas de de campo elétrico ele cria uma diferença de potencial nas suas interfaces ele que anda pra perceber uma estresse de polarização em função do campo elétrico o ferro magnético é uma estresse da magnetização pelo campo magnético então são efeitos similares por isso que ele chama ferro elétrico com relação ao ferro magnético aqui algumas características peculiares dele de posição parecida agora o que aconteceu foi que a gente percebeu o crescimento preferencial em uma data a direção que a direcção justamente do momento de dipolo elétrico mas que possui mais evidência é o clipe plano cristalino mais significativa essa é uma microscopia eletrônica de transmissão só para mostrar como ficou a estrutura é essa é uma região onde estava criando aqui está um pouquinho mais é um contraste um pouco diferente a gente fez então 10 nanômetros de óxido de afirmou kallu minas em vacância e acima disso então cresceu esse material ferroelétrico então acima dessa linha pontilhada tudo uma todo o material ferroelétrico 6. 170 nanômetros separado por 10 nanômetros apenas para ter um de elétrico de alta constante dielétrica aí fazendo uma deflação de elétrons nessa região a gente viu que esse é o crescimento preferencial já observado nas medidas de difração de raios x eram o contingente cerca de 50% da nossa tinha essa orientação o preferencial é não era totalmente orientada mas tinha uma significativa orientação com isso foram medidas então as polarizações por campo quando a gente coloca ou inclui uma camada de elétrica há entre o ferro elétrico essa polarização diminui é esperado e a gente conseguir então a polarização que se mantivesse até 140 graus celsius um pouquinho acima da temperatura de transição desse ferro elétrico pra um para elétrico a devido a uma uma a uma uma tensão superficial entre os dois filmes e aqui então são as medidas propriamente dita de de comutação da resistência aqui apenas o ferro elétrico gráfico em a unb é com o ferro elétrico com essa camada de elétrons então temos aqui uma boa diferença entre as razões de estado isso é devido ao acoplamento na interface do ferro elétrico conde elétrico e aquela barreira é jorge que se forma sofre uma depressão nessa região depressão sofre uma uma redução dessa barreira e num dado sentindo da polarização do campo ele passa a corrente e no outro email que bloqueie a corrente foram feitas algumas com temperatura foram vistos nessas propriedades foram feitas algumas medidas em função de vários ciclos e foi bastante estável até cerca de 10 9 número de ciclos então claro que ele vai degradando mas ele ainda se mantém como a razão considerar essa é esse é um trabalho de um escorrega 1914 e onde ele fez ele não diz ou uma uma lâmina de alumínio fez poros e depositou o material a magnético fazendo então fios um nono fios magnéticos de ferro e tendo então essas imagens obtidas nesse trabalho isso tem uma uma aplicação porque se vocês pensarem que do ponto de vista do diâmetro ele tem características geométricas então numa data a direção o campo é a vai agir sobre uma parede agora na direção do comprimento então tem alguns mícrons então ele tem a anisotropia magnética bem definida e pode ser interessante para algumas aplicações também é um trabalho de uma uma colega está aqui presente conosco também desenvolvida em santa catarina enfim de onde eu venho é em parte também portugal não falei isso mas aquele trabalho que eu falei de ninguém resistiu e se tinha agora pouco desenvolvido um pós doc que eu fiz em portugal em 2014 15 o trabalho dela consistiu então crescer múltiplas camadas onde há o interesse era o trânsito a transferência de torque em espinho pela corrente elétrica fazia passar uma corrente elétrica por esse ano pilar então vejam que a dimensão desse pilar a ke ha ha ha essa escala é 50 nanômetros desse pilar tem cerca de 150 nanômetros de o metrô então essa correr a corrente que passa por 150 a nome cruz ela tem uma alta densidade e é esse efeito é observado justamente em altas densidades de corrente há uma coisa que ficou bem bacana foi justamente essa observação da camada de mg hora do óxido de magnésio que é utilizado como dia elétrico de alta constante de elétrica para separar essas camadas magnéticas é e como a diferença de que precisa ter um certo caminho menor do que o livro caminho médio para não perder essa informação de orientação de spin então precisa ter realmente uma espessura muito baixo e era crescido cerca de 61 no metrô esse filme fino é uma camada muito pequena para se obter este feito com uma certa a eficiência não é basicamente eles atuam como um emissor de ensinar rf e rádio freqüência devido à oscilação impressão desse spink que passa nessa forma de corrente bom eu agradeço aos agências de fomento a ufsc porque ainda estou usando material de lá enfim a trabalho todo foi realizado basicamente lá universidade domingo mais recentemente ao laboratório que eu participei até vir para o unix o laboratório que eu estou de altas pressões aqui na ufrgs a própria urbs o instituto de física ea todos vocês pela presença e aí gostou dessa palestra você pode assistir outras versões de cinco e química no nosso canal no youtube é só acessar o youtube.