Nanomateriais, nanociência e nanotecnologia

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Nanomateriais, nanociência e nanotecnologia por Mind Map: Nanomateriais, nanociência e nanotecnologia

1. Nanomateriais

1.1. materiais entre 1 e 100 nm

2. Propriedades ópticas dos nanomaterias

2.1. Nanopartículas semicondutoras

2.1.1. possuem propriedades ópticas

2.1.2. chamadas de pontos quânticos

2.1.3. separação energética e níveis de energia dos elétrons, definem as propriedades dos pontos quânticos

2.1.4. Transições interbandas

2.1.4.1. transições dos elétrons entre a banda de valência (HOMO) e a banda de condução (LUMO)

2.1.4.2. controla a luminescência dos pontos quânticos

2.1.4.3. o tamanho dos pontos quânticos proporciona a separação entre as bandas

2.1.5. são utilizados como cromóforos para biomarcadores.

2.1.5.1. pontos quânticos de tamanho diferentes, são utilizados como referência para detectar diferentes analitos biológicos.

2.2. Nanopartículas metálicas

2.2.1. possuem efeito óptico devido ao efeito eletrodinâmico

3. Nanociência

3.1. estuda as propriedades dos materiais entre 1 e 100 nm

4. Nanotecnologia

4.1. vários procedimentos para manipular os materiais entre 1 e 100 nm e produzir sistemas em escala nanométrica

5. Métodos de Caracterização das Nanopartículas

5.1. Microscopia de varredura

5.1.1. por meio da sonda física e sensível, ocorre a formação de uma imagem tridimensional da superfície dos materiais

5.1.2. * microscopia de tunelamento por varredura * microscopia de força atômica

5.1.3. técnica da microscopia eletrônica

5.1.3.1. elétrons são utilizados para obtenção de imagens.

5.1.4. A MEV forma imagens de amostras opacas aos eletrons (vantagem da MEV sobre a MET)

5.1.5. amostras de MEV precisam ser condutoras

5.1.6. amostras não-condutoras devem ser recobertas com uma fina camada de metal (ouro ou alumínio).

6. Fabricação de cima-para-baixo e de baixo-para-cima

6.1. 2 técnicas para fabricar entidades nanométricas

6.1.1. esculpir padrões nanométricos em um objeto de escala macroscópica

6.1.1.1. abordagem de cima-para-baixo

6.1.2. construir grandes objetos controlando o arranjo das suas partes componentes de escala menor

6.1.2.1. abordagem baixo-para-cima

6.1.2.1.1. um dos métodos mais utilizados para preparar nanomateriais

7. Síntese de Nanopartículas em Solução

7.1. Métodos de combinação direta e métodos básicos em soluções

7.1.1. são os mais utilizados para gerar sólidos inorgânicos

7.1.2. Métodos de combinação direta

7.1.2.1. não formam bem as nanopartículas. Reagentes tendem a ser maiores do que as nanopartículas

7.1.2.2. temperaturas elevadas causam crescimento e granulação das partículas durante a reação, resultando em cristais de tamanhos grandes.

7.2. Reações em baixas temperaturas, minimizam o crescimento de partículas

7.3. Etapas de produção de partículas em solução:

7.3.1. Solvatação dos reagentes e aditivos

7.3.2. Formação de núcleo sólido e estável a partir da solução

7.3.3. Crescimento das partículas sólidas pela incorporação de material até que os reagentes tenham sido consumidos

7.3.4. Estágio de cristalização a partir das soluções:

7.3.4.1. Nucleação

7.3.4.2. Crescimento

8. Síntese de Nanopartículas em Fase Vapor

8.1. técnicas alternativas para a síntese de nanopartículas

8.2. o vapor precisa estar super saturado

8.3. usado para produzir sílica em pó nanométricom

9. Diferenças entre as técnicas em fase vapor e em solução

9.1. Em solução, pode-se adicionar estabilizantes de uma maneira direta e controlada

9.2. Em fase vapor, tensoativos e estabilizantes não podem ser adicionados. Sem estabilizantes, as nanopartículas tendem a se aglomerar em partículas maiores.

10. Síntese usando materiais estruturados, suportes e substratos

10.1. durante o crescimento do filme fino, o agente externo é um substrato.

10.2. Reatores nanométricos

10.2.1. o tamanho final da partícula fica limitado pelo tamanho do reator

10.2.2. miscela reversa - síntese

10.2.2.1. é uma dispersão de duas fases de líquidos imiscíveis.

10.2.2.2. a inclusão de tensoativo anfipáticas a fase aquosa, estabiliza sob a forma de esferas dispersas com tamanho determinado.

10.2.2.3. o tamanho das partículas cristalinas é limitado pelo volume da micela, o qual pode ser controlado em escala nanométrica.

10.3. Deposição de vapor físico

10.3.1. o vapores são direcionados a um substrato sólido onde ele cristaliza.

10.3.2. é um método que permite a deposição de camadas atômicas simples de maneira controlada sobre um substrato

10.3.3. epitaxia de feixe molecular: técnica de ultra-vácuo para o crescimento de finos filmes epitaxiais.

10.3.4. Homoepitaxia: crescimento epitaxial de um filme fino de um material sobre um substrato do mesmo material.

10.3.5. Hetereopitaxia: crescimento epitaxial de um filme fino de um material sobre um substrato de um material diferente.

10.4. Deposição de vapor químico

10.4.1. As espécies químicas são liberadas para um substrato, onde se depositam como uma monocamada.

11. Materiais em camadas artificiais

11.1. Materiais bidimensionais

11.1.1. materiais de comprimentos macroscópicos em duas dimensões e comprimento nanométrico em uma terceira dimensão.

11.2. métodos de processamento de filmes finos permitem o depósito de filmes com apenas uma camada atômica de espessura.

11.3. A variação da deposição dos tipos de camadas atômicas, controla o crescimento em uma escala sub-nanométrica.

12. Automontagem e fabricação de baixo-para-cima

12.1. Automontagem

12.1.1. interação covalente de duas ou mais subunidades moleculares para formar um agregado com novas estruturas e propriedades

12.1.2. os componentes para automontagem precisam ser móveis

12.2. Automontagem estática

12.2.1. vai ocorrer em sistema equilibrado, como um cristal líquido

12.3. Automontagem dinâmica

12.3.1. ocorre em sistema que esta dissipando energia, como uma reação química oscilante

12.4. Automontagem por molde

12.4.1. ocorre em sistema que se organiza baseando-se nas interações entre seus componentes

12.5. Automontagem biológica

12.5.1. ocorre em sistemas que envolve a vida, como células e os tecidos

13. Nanomateriais bioinorgânicos

13.1. Fenômenos biológicos: respiração, condensação do ADN operam em escala nanométrica

13.2. Biomimética: é o mimetismo (adaptação) dos sistemas biológicos

13.3. Materiais bioinorgânicos

13.3.1. materiais que fazem a ponte entre materiais inorgânicos de estado sólido e as células vivas

13.4. Nanomateriais naturais e artificiais: biomimética

13.4.1. materiais biológicos usados como moldes para planejar nanomateriais inorgânicos que vão imitar a estrutura de materiais naturais

13.5. Bionanocompósitos

13.5.1. biomateriais degradáveis formados por compostos orgânicos e inorgânicos

13.5.2. usados como sítio da proteína para ligar esta proteína a nanopartículas

14. Nanocompósitos poliméricos

14.1. são feitos de nanopartículas dispersas numa matriz polimérica

14.2. Silanos (análogo do metano, mas derivado do silício)

14.2.1. utilizado para controlar o estado de dispersão e a natureza das ligações entre nanopartícula e a matriz.

14.2.2. Ajustam as propriedades da superfície da carga, fazendo com que as nanopartículas se acoplem a matriz polimérica

14.2.3. podem atuar também como tensoativos

14.2.3.1. reduz a energia superficial da carga para impedir a aglomeração e promover a dispersão.

14.3. Tamanho e dispersão da partícula, interações de contato entre a nanopartícula e o polímero, são responsáveis por controlar a tensão e a dureza dos nanocompósitos.