Nano é um prefixo grego que significa anão. Em ciência esta palavra é usada para designar uma parte em um bilhão, ou seja, um bilionésimo. Um nanômetro corresponde a um bilionésimo de metro e materiais com esta dimensão são chamados de nanomateriais. Eles têm propriedades diferentes das propriedades do mesmo material de tamanho macroscópico, e isso se deve ao confinamento quântico e ao aumento da área específica no nanomaterial. Portanto, a nanotecnologia visa o desenvolvimento de materiais e dispositivos em escala nanométrica para aplicações tecnológicas e desenvolvimento de novos produtos.
Em particular, os nanotubos de carbono e o grafeno estão desempenhando um papel fundamental no desenvolvimento da nanociência e da nanotecnologia. O grafeno é um cristal bidimensional (2D) formado por átomos de carbono e corresponde a uma única camada atômica de grafite. Um nanotubo de carbono corresponde a uma camada de grafeno enrolada em uma estrutura cilíndrica, com diâmetros de cerca de 1 nm (nanotubos de parede única) a dezenas de nanômetros (nanotubos de paredes múltiplas). Eles apresentam propriedades físicas, químicas e biológicas excepcionais. Devido à forte interação química carbono-carbono, estes materiais são extremamente resistentes mecanicamente. Um nanotubo de carbono pode ser metálico ou semicondutor, dependendo apenas da forma como a camada de grafeno é enrolada para formar um cilindro.
O grafeno e os nanotubos de carbono são usados em diferentes aplicações tecnológicas. Devido às suas propriedades eletrônicas, mecânicas, térmicas e químicas, eles podem ser misturados a outros diferentes materiais, como polímeros, cerâmicas, cimento e fibras, transferindo para o compósito suas propriedades excepcionais. O grafeno e os nanotubos de carbono também são usados para produzir protótipos de novos dispositivos eletrônicos, como transistores, emissores de elétrons para displays, sensores biológicos e de gás, entre outros. Eles prometem também desempenhar um papel importante no futuro da nanoeletrônica. Do ponto de vista biológico os nanomateriais de carbono apresentam uma alta área para funcionalização e rápida resposta aos estímulos externos de radiação e integração com sistemas de interesse para aplicação em nanomedicina.
Cientistas brasileiros têm feito contribuições importantes para a ciência e aplicações do grafeno e nanotubos, e destacam-se como referências mundiais para essa área. Segundo a base de dados do sistema Scopus, cerca de 2500 artigos em nanotubos e 1500 artigos em grafeno foram publicados por cientistas brasileiros nos últimos anos. A primeira iniciativa importante para agregar pesquisadores nesta área, no Brasil, foi a formação da Rede Brasileira de Nanotubos de Carbono, em 2005, apoiada pelo CNPq. Ela era composta por 40 cientistas, de 14 instituições e em 8 diferentes estados do Brasil. O principal objetivo dessa Rede foi permitir a mobilidade de cientistas de diferentes regiões para a cooperação, a instalação de equipamentos multiusuários e organização de reuniões anuais onde todos os pesquisadores compartilharam informações e iniciaram colaborações.
A segunda iniciativa nacional muito relevante na área foi a criação do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) em Nanomateriais de Carbono, em 2009, com o apoio do CNPq e da FAPEMIG. Um dos objetivos do INCT em Nanomateriais de Carbono foi dar continuidade às atividades da Rede Brasileira de Nanotubos de Carbono, trabalhando para melhorar e ampliar a produção de nanotubos e desenvolver aplicações visando a transferência tecnológica. Além disso, foram incluídos novos objetivos, como a produção de grafeno por diferentes métodos (esfoliação mecânica e química, CVD, SiC) e estudos sobre toxicologia e segurança em relação aos nanomateriais de carbono. Como uma evolução das iniciativas anteriores neste campo, que envolveu principalmente físicos e químicos, a equipe do INCT em Nanomateriais de Carbono também incluiu biólogos, médicos e engenheiros. Nesta perspectiva o Instituto também tem se destacado pela disseminação de conceitos sobre nanotecnologia via palestras, materiais didáticos, cursos de capacitação, entre outros, para o público em geral e estudantes em diferentes níveis. Em 2018 inicia-se uma nova fase do INCT em Nanomateriais de Carbono, ampliando focos e metodologias de pesquisa, instituições de ciência e tecnologia e interlocução com o setor produtivo, reforçando a importância da rede de colaboração em ciência, tecnologia e inovação sobre o tema Nanomateriais de Carbono.
Paralelamente, o Centro de Tecnologia em Nanomateriais (CTNano), projeto de pesquisa e inovação da UFMG que nasceu da necessidade proeminente dos pesquisadores e do setor produtivo, busca fazer a ponte entre a pesquisa feita na academia e a demanda das indústrias por novas soluções tecnológicas para os desafios das novas gerações. O CTNano está instalado no parque tecnológico de Belo Horizonte (BHTec) e sua equipe é pioneira no Brasil na produção em larga escala de grafeno e nanotubos de carbono. O CTNano tem financiamento do BNDES, das empresas Petrobrás e InterCement, e das agências Fapemig e FINEP. Um produto importante do Centro é o cimento com nanotecnologia, onde a adição de apenas 0,1% de nanotubos no cimento aumenta as propriedades mecânicas do concreto em 50%. Outros produtos do Centro são os polímeros misturados com grafeno e nanotubos, que serão usados em componentes do sistema de extração de petróleo em plataformas marinhas.
Ressalta-se que a Nanotecnologia promete uma grande revolução tecnológica nos próximos anos e os nanomateriais de carbono ocupam um espaço importante de aplicações neste contexto. Do ponto de vista científico, o Brasil ocupa um espaço muito importante na pesquisa básica e aplicada destes nanomateriais, entretanto avanços também têm sido obtidos em inovação nos últimos anos para que se agregue valor tecnológico, traduzindo o conhecimento produzido na academia para o setor produtivo e à população em geral.
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