Nanotecnologia e as nanoestruturas
Vimos aqui informações sobre o elevador espacial que terá o seu cabo construído por nanotubos de carbono. Mas o que são nanotubos? O que é nano?
A nanotecnologia é uma ciência relativamente nova que está prometendo revolucionar nosso mundo. Um átomo tem tipicamente 0,05 nanômetros de diâmetro, e 1 nanômetro é a bilionésima parte do metro (1.000.000.000 nanômetros = 1 metro). Um fio de cabelo tem a espessura aproximada de 50.000 nanômetros! Portanto, a nanotecnologia diz respeito à nossa capacidade de manipular átomos individualmente, ou pequenos grupos de átomos, para fabricar ferramentas, medicamentos, pequenas máquinas e outros objetos. Imaginem minúsculos robôs realizando consertos dentro de suas artérias!
O termo “nanotecnologia” foi usado pela primeira vez pelo famoso e já falecido físico americano Richard Feynman, num discurso em 1959. E é exatamente a mesma tecnologia que já é utilizada para fabricar chips de computador, por exemplo, usando silício. Mas vamos voltar às estruturas de carbono.
Há 20 anos, foi descoberta uma nanoestrutura feita de 60 átomos de carbono no formato de uma bola. E lembra muito uma bola de futebol, com hexágonos e pentágonos. Em cada ponta dessa estrutura existe um átomo de carbono. Ela foi denominada de Buckminsterfulereno, em homenagem ao arquiteto Buckminster Fuller que gostava muito de utilizar este tipo de estrutura em prédios e casas. Mas como o nome é muito comprido, ela ficou apelidade de buckyballs (ou buckybolas).
Ela é bonita e bastante curiosa, mas para que serve? Em primeiro lugar, ela é considerada a terceira principal forma do carbono: as outras duas são o grafite e o diamante. Além disso, ela é vazia por dentro, o que permite que ela carregue alguma molécula que for colocada lá, como um medicamento. Ela é bastante dura também, ricocheteando em placas de aço a 25.000 km/h! E pode se tornar mais dura que o próprio diamante. Com certeza mereceu o prêmio Nobel de Química de 1996. Infelizmente, descobriu-se que ela é altamente tóxica ao nosso organismo, mas existem muitas pesquisas que buscam tornar as buckyballs menos tóxicas.
Descobriu-se que ela existe na natureza em situações extremamente raras. Por exemplo, na queda de um meteorito na superfície da Terra, há milhões de anos, formaram-se algumas buckyballs que armazenaram moléculas de ar daquela época.
E o material usado no elevador espacial? Chamados de nanotubos de carbono, esses minúsculos tubos são muito parecidas com as buckyballs. Nas pontas dos tubos existem semi-buckyballs fechando os tubos, então eles também podem carregar moléculas dentro deles. Tendo apenas 1 nm de diâmetro, os nanotubos podem ser muito compridos, e têm muitas propriedades únicas. Eles podem ser condutores metálicos ou semicondutores dependendo da direção da corrente elétrica. Também são bons condutores de calor ao longo do tubo, mas são isolantes térmicos quando 2 tubos são colocados lado a lado.
Porém, suas propriedades mais importantes são a elasticidade e a leveza.
Eles também ocorrem naturalmente, formando-se por exemplo nas chamas de uma vela. Entretanto, os nanotubos formados assim são muito irregulares e com muitos defeitos na sua estrutura (faltando átomos de carbono em certas posições).
Agora imagine que você queira fabricar um nanofio feito de um certo material, por exemplo ouro. Ora, é só usar o nanotubo como molde, ele é oco por dentro. Assim, você vai depositando os átomos de ouro dentro do tubinho e depois desfaz o carbono (retira o molde), ficando só com um fio finíssimo feito daquele material.
Eles também podem ser usados como lubrificantes de máquinas, tendo uma eficiência 10 vezes superior. E misturados ao concreto melhoram suas propriedades mecânicas, impedindo propagação de rachaduras. Misturados ao polietileno, eles aumentam a elasticidade em 30%.
A estrutura do diamente é considerada bastante rígida. E se pudéssemos juntar vários nanotubos de carbono no formato de um diamante? Experiências preliminares mostram que um material desse tipo seria muito mais forte que o diamante, e muito mais leve que o aço.
Se o nanotubo já é tão rígido e elástico, o que não diríamos de dois nanotubos, um dentro do outro? Essa é uma configuração chamada de nanotubo de parede dupla. Mais difícil de ser fabricado, é um material ainda mais promissor.
Todas estas estruturas de carbono, com tamanhos minúsculos, apresentam um mundo de possibilidades para ser explorado.