Brasil contribui para avanços em nanotecnologia de metais

sexta-feira 1º de dezembro de 2006.
 
Artigo de pesquisadores brasileiros, publicado na Nature Nanotechnology, revela os avanços em pesquisas em nanotecnologia de metais que resultam em novos meios de reforço estrutural e condução de energia elétrica.

Físicos da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) e da Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF), descrevem em artigo publicado em novembro na Nature Nanotechnology, como se deformam e rompem fios nanométricos feitos de ligas metálicas. A pesquisa demonstra a geração no laboratório de fios de liga metálica da menor espessura possível, contendo átomos de diferentes tipos. Os resultados fornecem informações essenciais para compreender e poder utilizar ligas feitas de diferentes metais que possibilitam reforço estrutural ou condução de energia elétrica em nanodispositivos eletrônicos.

“A criação de uma liga nanométrica já é um grande desafio. Devido à facilidade com que os átomos se deslocam, a tendência na criação de uma liga é que esta agregue pouca quantidade de diferentes metais, ou seja, o material metálico tende a se auto purificar, expulsando o material que considera impureza, mesmo que as porcentagens iniciais sejam as mesmas, por exemplo, 50% de cobre e 50% de prata. A formação de ligas modificadas pode melhorar as propriedades dos materiais puros, como o aço (ferro misturado com cromo e níquel), que é muito mais resistente que o ferro puro”, diz Daniel Ugarte, pesquisador do LNLS e professor de física na Unicamp. “Coloca-se uma certa medida de macarrão e de molho, mas depois de aquecido há menos molho e o macarrão se expande. Ou seja, no final do processo, da mistura, não é a mesma coisa”, compara.

Esta pesquisa colabora para a área de criação de ligas nanométricas, ao sugerir quais metais podem ser misturados para manter a liga nanométrica estável. “A pesquisa mostra em que momento a junção de metais, como ouro e prata, por exemplo, possibilita o rompimento da liga a partir da redução de seu tamanho em nanométrico”, diz Ugarte. Há, portanto, um limite para cada liga. “Uma goma de mascar, à medida que se estica e ela se afina, há um momento em que se rompe”, ilustra.

Em eletrônica, cada vez mais os dispositivos estão em escala nanométricas e a conexão entre eles é feita por fios metálicos. Ligas metálicas nanométricas podem apresentar resistência elétrica menor e ponto de fusão maior, melhorando suas propriedades para aplicação. Destaca-se a utilidade das ligas metálicas nanométricas para o transporte de energia elétrica em nanoeletrônica.

“Um dos focos mais avançados da eletrônica é a criação de sistemas que utilizam simultaneamente as propriedades elétricas e magnéticas dos elétrons, denominada de spintrônica. Assim, é possível medir não apenas a carga dos elétrons, mas também o magnetismo. Para isto, é necessária a utilização de metais magnéticos altamente reativos, sendo que o estudo de ligas nanométricas pode gerar fios com o núcleo de metais magnéticos cobertos (protegidos) por outro metal menos reativo, a partir da combinação correta dos átomos de metais”, diz Ugarte.

Os pesquisadores, através de experimentos e pesquisas básicas que duraram dois anos, chegaram à menor e mais resistente liga metálica de ouro e prata. Para isso, foi preciso considerar as mudanças possíveis da organização de um sistema de átomos. Os pesquisadores viram que se os experimentos forem trabalhados de modo correto é possível chegar à liga de menor tamanho possível. Com isso, destacam a importância das pesquisas teóricas para se chegar à aplicação prática.

A questão básica para a nanotecnologia: “Como se comporta uma liga quando seu tamanho é reduzido às escalas nanométricas”, segundo Ugarte, finalmente foi desvendada pelos pesquisadores brasileiros através da criação de metodologias para estudar as ligas, fotografias e desenhos de um sistema ideal que mostra como os átomos se arranjam e de que materiais são formados. Os avanços em nanotecnologia focados em ligas metálicas podem contribuir para as áreas de metalurgia, para produzir ferramentas, e construção civil, para reforçar estruturas.

Seguindo a tendência em se fazer cada vez mais coisas menores em microeletrônica, diversos países estudam ligas metálicas nanométicas, como Espanha, Holanda e Estados Unidos, com destaque para as pesquisas realizadas no Brasil e Japão. Existem poucos laboratórios como o LNLS no mundo que poderiam possibilitar os experimentos avançados, principalmente a captação de imagens de átomos através do microscópio. Ugarte também destaca a importância da associação entre pesquisadores de universidades e do laboratório para a completude do estudo.

O Laboratório Nacional de Luz Síncroton

Pesquisadores, não apenas do Brasil, mas de todo o mundo, submetem pesquisas para o Laboratório Nacional de Luz Síncroton (LNLS), que chega a atender 450 projetos por ano. Tanto as iniciativas privadas quanto públicas utilizam o laboratório, que tem demanda muito maior por parte das universidades. Atualmente, a maioria dos usuários provém principalmente de São Paulo, Rio de Janeiro, Paraná, Rio Grande do Sul e Minas Gerais; mas o laboratório também recebe pesquisadores de países da América Latina, principalmente da Argentina e Chile.

O objetivo do LNLS é prover estrutura para a comunidade científica. Para acompanhar a evolução tecnológica de outros laboratórios do mesmo ramo, de outros países, o LNLS planeja expansão, com o desenvolvimento de equipamentos com maior capacidade em um novo prédio, pois boa parte de sua estrutura foi desenvolvida com equipamentos da década de 80. O laboratório é operado pela Associação Brasileira de Luz Síncroton, sem fins lucrativos, que tem representantes do governo federal, da indústria nacional, de universidades e do CNPq. A verba do LNLS é votada no Congresso Nacional e cobre em torno de 80% do orçamento do laboratório. Os investimentos, que não são contemplados no orçamento, são adquiridos através de parcerias, projetos com a Fapesp e a Finep.

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