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Costura com nanotubos torna fibra de carbono 10 vezes mais forte

terça-feira, 28 de abril de 2009

Costura com nanotubos torna fibra de carbono 10 vezes mais forte

Engenheiros do MIT, nos Estados Unidos, estão utilizando nanotubos de carbono para “costurar” materiais aeroespaciais em uma tecnologia que poderá tornar as asas dos aviões e inúmeros outros materiais de amplo uso industrial até 10 vezes mais fortes e com apenas um aumento mínimo em seu custo.

Outra vantagem do uso dos nanotubos de carbono para reforçar os materiais compósitos de que são feitas as asas dos aviões mais modernos é que esses tubos nanoscópicos elevam a condutividade elétrica do material em mais de um milhão de vezes, tornando os aviões menos sujeitos a danos causados pelos relâmpagos.

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Nanotubos de carbono (representados em azul) são colocados perpendicularmente em relação às fibras de carbono, evitando que a cola que as une se quebre. [Imagem: Wardle Lab, MIT]


Fibras de Carbono

Os materiais mais avançados hoje utilizados em aplicações aeroespaciais, na construção de carros de corrida e de alguns equipamentos esportivos, são compósitos, feitos com sucessivas camadas de fibras de carbono coladas entre si por um polímero.

Mesmo sendo extremamente resistentes, a limitação desses materiais está exatamente na cola, que pode apresentar trincas e rachaduras, fazendo com que as fibras de carbono se separem e o material perca rigidez. Por isso, os engenheiros há anos pesquisam formas para reforçar a interface entre as camadas, ainda sem sucesso.

Nanocostura

Agora, a equipe do pesquisador Brian L. Wardle acredita ter encontrado a solução. Eles estão utilizando nanotubos de carbono - que são cerca de 1.000 vezes menores do que as fibras de carbono - para fazer uma espécie de costura que mantém as camadas de fibras unidas muito mais fortemente do que quando a cola polimérica é usada sozinha.

A nova técnica mantém o uso da cola, mas faz um reforço inserindo nela nanotubos de carbono dispostos perpendicularmente às camadas de fibras de carbono. Como são muito menores, os nanotubos colocados na perpendicular entram nos espaços vazios das fibras de carbono, fazendo uma verdadeira nanocostura entre as camadas superpostas.

“Desta forma nós estamos colocando as fibras mais fortes conhecidas pelo homem [os nanotubos de carbono] no lugar onde o compósito é mais fraco e onde ele é mais necessário,” explica Wardle.

O aumento na resistência das peças pode ser alcançado com uma quantidade de nanotubos de carbono equivalente a menos de 1% da massa total do compósito, o que deverá implicar no aumento do custo do material em apenas alguns poucos pontos percentuais, segundo cálculo do pesquisador.


Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=nanocostura-com-nanotubos-fibra-de-carbono-10-vezes-mais-forte&id=010165090313

Nanoantenas de carbono superam antenas tradicionais em aplicações sem fio

quarta-feira, 15 de abril de 2009

Nanoantenas de carbono superam antenas tradicionais em aplicações sem fio


Nanoantena

“Ela transmite quase tão bem quanto uma antena de cobre comum, mesmo tendo apenas um décimo de milésimo de seu peso.” É assim que os pesquisadores da Universidade de Cincinnati, nos Estados Unidos, descrevem a sua nanoantena, construída com uma fibra feita com nanotubos de carbono.

Para testar a nanoantena e comprovar sua incrível eficiência, os pesquisadores abriram um telefone celular e substituíram a antena do aparelho pela finíssima fibra de nanotubos de carbono que eles teceram em seu laboratório.

 

Nanoantenas de carbono superam antenas tradicionais em aplicações sem fio

Em cima, a fibra tecida a partir de nanotubos de carbono. Embaixo, o teste no celular do pesquisador.[Imagem: Jay Yocis]

 

 

 

Antena dipolo de carbono

“A surpresa mais agradável foi como foi fácil fazê-la funcionar. A parte mais difícil é manipular a antena. Ela flutua no ar ambiente,” conta David Mast, que desenvolveu a nanoantena em colaboração com seus colegas Vesselin Shanov e Mark Schulz.

Para facilitar os testes, os pesquisadores colaram sua antena dipolo de nanotubos de carbono, que mede apenas 25 micrômetros de diâmetro, em uma fita adesiva.

A nanoantena tem inúmeras possibilidades de uso, podendo servir para transmitir dados em equipamentos superminiaturizados, como implantes médicos, etiquetas RFID e em roupas inteligentes, que poderão ter equipamentos eletrônicos incorporados no interior das fibras do tecido.

 

Elétrons na superfície

A antena de nanotubos de carbono funciona tão bem porque os elétrons estão sempre tentando ir para a superfície do material por onde eles transitam. Como o cobre é um material maciço, resta uma superfície pequena para que eles transitem.

Na fibra de nanotubos de carbono, os elétrons podem ir sempre para a superfície dos diversos nanotubos individuais que compõem a fibra. Em vez de vencer a resistência para caminhar no interior de um material maciço, eles estão sempre na superfície, que é onde eles trafegam com maior eficiência. Além disso, os nanotubos são ocos, o que deixa ainda mais área superficial à disposição dos elétrons.

 

Substituindo as fiações de cobre

“As fibras de carbono têm uma fração dos atuais condutores de cobre e as antenas poderão ser aplicadas diretamente [nos equipamentos], podendo ter importância significativa em atividades aeroespaciais. Em um avião, há várias centenas de quilogramas de cabos e fiações de cobre,” diz Mast.

Agora os pesquisadores planejam melhorar a resistência de suas fibras, tecendo-as em múltiplas malhas, além de encontrar empresas que estejam dispostas a fabricar as nanoantenas em escala comercial.

 

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=nanoantenas-de-carbono-superam-antenas-tradicionais-em-aplicacoes-sem-fio&id=010165090319

China avança na nanotecnologia

terça-feira, 31 de março de 2009

Pesquisadores desenvolvem de alto-falante com um milímetro de espessura a roupas que monitoram a saúde.

Tom Mackenzie

Sentados em um dos laboratórios científicos mais avançados da China, dois estudantes de doutorado, vestidos dos pés à cabeça com roupa branca de proteção, escutam à canção pop “Hero”, da cantora Mariah Carey. Não é o som, mas a faixa transparente de um milímetro de espessura que captura a atenção deles - um alto-falante nanométrico que promete revolucionar onde, e como, ouvimos música.


“Isto é tecnologia de ponta”, disse o professor Shoushan Fan, diretor do laboratório de nanotecnologia da prestigiosa Universidade Tsinghua, de Pequim. Sem precisar de um cone, um ímã ou um amplificador, o alto-falante, que se parece mais com um filme fino de plástico transparente, pode ser usado para transformar quase qualquer superfície num auditório. Ele é feito de nanotubos de carbono que, quando aquecidos, fazem o ar ao seu redor vibrar, produzindo o som. “O alto-falante é dobrável e flexível”, disse Fan. “Você pode prendê-lo na janela de trás do seu carro e tocar música a partir dali.”


O alto-falante de Fan é somente a ponta do iceberg do programa ambicioso de nanotecnologia da China, que tem o potencial de transformar sua economia baseada em exportações e praticamente cada aspecto de nossas vidas, de comida e roupas a medicina e exército.


A nanotecnologia - manipulação da matéria em escala atômica para desenvolver novos materiais - é um setor que deve movimentar cerca de US$ 2 trilhões em 2012, e a China está determinada a conquistar o maior pedaço desse mercado.


Seu investimento já ultrapassou o de qualquer outro país depois dos Estados Unidos. Desde 1999, os gastos da China em pesquisa e desenvolvimento subiu mais de 20% por ano. Um incentivo maior veio do pacote de estímulo de US$ 585 bilhões, anunciado pelo governo este ano, que destinou US$ 17,5 bilhões para as atividades de P&D.


“A tendência geral é irrefutável”, disse o Dr. James Wilsdon, diretor do Centro de Política Científica da Royal Society, e autor do relatório China: a nova superpotência científica?. “A China está alcançando a maioria das nações desenvolvidas em termos de pesquisa e desenvolvimento, em termos de cientistas ativos na área, em termos de publicações e em termos de patentes.”


Fan espera que a crise econômica, que levou ao fechamento milhares de fábricas chinesas, force o país a passar de um fabricante de produtos de baixo custo, como brinquedos e calçados, para bens de alta tecnologia, como telas nanométricas sensíveis ao toque para telefones móveis. Sua equipe está trabalhando para substituir o óxido de estanho e índio (ITO, na sigla em inglês), usado em telas sensíveis ao toque encontradas em Blackberrys e iPhones. “O ITO é muito caro e quebra quando dobrado”, ele disse. “Estamos desenvolvendo filmes finos de nanotubos para substituir o ITO. Eles podem ser dobrados e são muito mais baratos.”


A China produz hoje mais publicações científicas sobre nanotecnologia do que qualquer outro país. Fábricas de produtos nanotecnológicos floresceram em cidades desde Pequim, ao norte, a Shenzhen, ao sul, trabalhando em produtos que incluem asfalto que absorve poluentes e roupas forradas com nanotubos que podem monitorar a saúde.


No mês passado, pesquisadores da Universidade Nanjing e colegas da Universidade de Nova York divulgaram a criação de nanorrobôs com dois braços que podem alterar o código genético. Eles permitem a criação de novas estruturas de DNA, e poderiam constituir uma fábrica para produzir os componentes de novos materiais.


“As áreas em que a nanotecnologia já está sendo usada são infinitas”, disse Wilsdon. “É o resultado do investimento direcionado para o desenvolvimento e o refinamento de novos nanomateriais. E os chineses têm foco nessa área porque ela é próxima do mercado.”


A China, como os Estados Unidos, também deve estar destinando muito do seu investimento de P&D para aplicações militares. “Existe muita preocupação sobre o uso da nanotecnologia como arma”, disse Wilsdon. “Estou certo de que a China gasta parte importante de seu orçamento de P&D para uso militar.”


Tim Harper, fundador da consultoria de nanotecnologia Cientifica Ltd, disse que os compostos de nanotubos de carbono podem ser usados para fortalecer superfícies de metal, que coberturas anti-risco estão sendo desenvolvidas para painéis e que os pesquisadores estão tentando encontrar um substituto nanométrico para baterias de uso militar.

 

Fonte: O ESTADO DE S.PAULO – NEGÓCIOS  – PÁG. B19 - 28/03/2009 - São Paulo, SP.

Brasileiros descobrem nanotubos metálicos quadrados

terça-feira, 10 de março de 2009

A nanotecnologia é uma área de pesquisa extremamente ativa, com milhares de artigos publicados nos últimos anos. Mesmo assim, a natureza ainda guarda muitos segredos sobre as nanoestruturas.

 

Brasileiros descobrem nanotubos metálicos quadrados

Estrutura de um nanotubo de prata com seção quadrada. Todos os nanotubos conhecidos até agora eram realmente tubos, redondos.[Imagem: Daniel Ugarte]

 

Nanotubos quadrados

Um desses segredos, contudo, acaba de ser revelado em artigo publicado na revista Nature Nanotechnology. Nele, uma equipe formada por pesquisadores do Instituto de Física da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS/MCT) descreve a descoberta de uma inesperada família de nanotubos metálicos ocos e quadrados.

O estudo, coordenado pelo professores Daniel Ugarte e Douglas Galvão, da Unicamp, identificou como se deformam, e finalmente quebram, arames nanométricos de prata. No processo, foi observada a formação espontânea de estruturas com uma base quadrada composta por apenas quatro átomos, a menor possível.

 

Nanossanfona

“Esse arranjo atômico oco ou tubular é completamente inesperado e se forma quando os nanofios são submetidos a uma alta taxa de estiramento”, explica Ugarte, que também é pesquisador associado do LNLS.

Assim, os átomos mudam sua distribuição ou estrutura para uma configuração que pode ser descrito como uma nanossanfona, capaz de se esticar muito sem quebrar. Nenhum trabalho anterior tinha considerado como possível a existência dessa forma de estrutura, nem mesmo do ponto de vista teórico especulativo.

 

Detalhes atômicos

O artigo descreve com detalhes atômicos todos os processos de elongação gerados por tensão mecânica, utilizando experimentos de microscopia eletrônica de transmissão com resolução atômica e simulações de dinâmica molecular.

“Tais simulações computacionais sugerem que a estabilidade dessas estruturas pode ser o resultado de uma combinação de um tamanho mínimo necessário associado a um regime de alta tensão mecânica”, afirma Galvão.

 

Nanopeças metálicas

Os resultados obtidos fornecem informações essenciais para compreender o atrito e a adesão, assim como para avaliar a possível utilização de nanopeças metálicas como reforço estrutural ou condutor elétrico em nanodispositivos eletrônicos. “Essa inesperada descoberta abre novas possibilidades para o estudo de nanoestruturas metálicas e sugere que talvez outras estruturas “exóticas” possam existir”, completa Ugarte.

Além de Ugarte e Galvão, participaram também da pesquisa Maureen Lagos, doutorando e bolsista da Fundação de Apoio à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), Fernando Sato (Fapesp), Jefferson Bettini (LNLS) e Varlei Rodrigues (Unicamp).

 

Futuro promissor

A nanotecnologia é uma das promessas para melhorar a qualidade de vida do ser humano no século 21. A expectativa é que ela possa gerar produtos e processos mais eficientes e econômicos, com menor gasto de energia e menos agressivos ao meio ambiente. Mas, para que o “nano” chegue às prateleiras, é necessário ultrapassar a barreira da pesquisa e, só então, entrar na fase de fabricação e possível comercialização.

A pesquisa em nanossistemas concentra um gigantesco esforço científico para entender e explorar sistemas muito pequenos. A industrialização de nanocircuitos, ou nanodispositivos, requer a avaliação precisa de aspectos como a confiabilidade e tempo de vida dos produtos. Contudo, o conhecimento sobre propriedades mecânicas dos nanossistemas (atrito, resistência, deformação, fadiga e quebras), ou sobre como manipulá-los, é quase inexistente.

Praticamente todos os dados de que se dispõem hoje são obtidos por meio de simulações computacionais sem validação prática ou experimental. Como conseqüência, poucos avanços concretos tem sido possível. Nesse contexto, o estudo conduzido no LNLS/Unicamp destaca-se por trazer contribuições validadas experimentalmente sobre propriedades até então pouco conhecidas dos nanotubos metálicos.

 

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=brasileiros-descobrem-nanotubos-metalicos-quadrados&id=010165090130