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ÍNDICE ANALÍTICO

SUMÁRIO EXECUTIVO..................................................................................................... 4

NANOTECNOLOGIA – Definição, Conceitos e Histórico.............................................................. 6

1. O que é Nanotecnologia?......................................................................................... 6

2. A multidisciplinaridade da Nanociência ....................................................................... 7

3. O surgimento e evolução da Nanotecnologia ................................................................. 8

COMO É POSSÍVEL MANIPULAR ESTRUTURAS NANOMÉTRICAS?....................................................10

1. Visualização.......................................................................................................10

2. Caracterização ...................................................................................................11

3. Manipulação de Nanoestruturas ...............................................................................11

4. Métodos de desenvolvimento de Nanoestruturas ...........................................................12

AS APLICAÇÕES DA NANOTECNOLOGIA ...............................................................................14

ANÁLISE DOS AVANÇOS DA NANOTECNOLOGIA: PRÓS E CONTRAS ...............................................20

1. Benefícios / Vantagens..........................................................................................20

2. Riscos e Efeitos ...................................................................................................21

3. Pontos críticos ....................................................................................................23

COMO ANDA O DESENVOLVIMENTO DA NANOTECNOLOGIA NO BRASIL E NO MUNDO ..........................25

1. Pesquisa no Mundo...............................................................................................25

2. Pesquisa no Brasil ................................................................................................26

A. Ações do Governo ............................................................................................27

B. Ações Privadas ................................................................................................31

O MERCADO DE NANOTECNOLOGIA ...................................................................................32

1. Mercado Internacional...........................................................................................32

2. Mercado Brasileiro ...............................................................................................34

A. Eletro Eletrônica..............................................................................................35

B. Setor Químico e Petroquímico..............................................................................36

C. Setor Têxtil ....................................................................................................37

D. Biotecnologia e Fármacos ...................................................................................37

E. Outros setores ................................................................................................38

CONCLUSÕES .............................................................................................................40

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................42

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 - Escala nanométrica de objetos naturais e artificiais................................................... 6

Figura 2 - Nanociência, Tecnologia de Convergência............................................................... 8

Figura 3 - Marcos Históricos da Nanotecnologia ..................................................................... 9

Figura 4 - Logomarca da IBM na escala nanométrica ..............................................................10

Figura 5 - Abordagens utilizadas para desenvolvimento de Nanoestruturas ...................................12

Figura 6 - Oportunidades em Nanotecnologia nos próximos anos................................................16

Figura 7 - Semicondutores ligados por nanotubos..................................................................18

Figura 8 - Nanotubo de múltiplas camadas - NMC (A) e Nanotubo de Única Camada - NUC (B) ............19

Figura 9 - Benefícios da Nanotecnologia.............................................................................20

Figura 10 - Investimentos globais em Nanotecnologia.............................................................25

Figura 11 - Estimativa de Pessoal para Nanotecnologia ...........................................................26

Figura 12 - Patentes relacionadas à Nanotecnologia registradas no Brasil.....................................27

Figura 13 - Indicadores do Plano Nacional de Nanotecnologia ...................................................28

Figura 14 - Principais segmentos de pesquisa em Nanotecnologia no Brasil ...................................29

Figura 15 - Projetos de Nanotecnologia por região ................................................................30

Figura 16 - Estimativa do Mercado Mundial de Nanotecnologia..................................................32

Figura 17 - Estatísticas do Mercado de Nanotecnologia ...........................................................33

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SUMÁRIO EXECUTIVO A Nanociência pode ser considerada uma “Supraciência”, pois avança na medida em que disciplinas tais como a Física, Química, Computação e Biologia aplicam seus modelos e técnicas no desenvolvimento desta nova área do conhecimento. A Nanotecnologia é a Nanociência aplicada. O prefixo “nano” tem origem grega e significa “anão” e reflete bem o mundo da Nanotecnologia que engloba todo tipo de desenvolvimento tecnológico dentro da escala nanométrica, geralmente entre 0,1 e 100 nanômetros. Um nanômetro equivale a um milionésimo de um milímetro ou a um bilionésimo de um metro. Uma das características peculiares da Nanotecnologia é o comportamento das partículas na escala nanométrica – ele se difere sobremaneira do comportamento da matéria na escala em que conhecemos. Este fato torna-se um desafio para os cientistas, mas constitui-se também numa grande oportunidade para o desenvolvimento de novos materiais com propriedades e funcionalidades antes impossíveis de serem atingidas. A Nanotecnologia começou a ser discutida em 1959, pelo físico Richard Feymann, mas só pôde ter avanços significativos em suas aplicações a partir da década de 80 com o desenvolvimento de microscópios especiais. Duas abordagens são utilizadas para o desenvolvimento de nanoestruturas: a top-down, que consiste na redução das dimensões de dispositivos, ou miniaturização (abordagem física); e bottom-up que é a montagem de estruturas a partir de átomos e moléculas (abordagem química). De uma maneira geral, os principais benefícios do avanço da Nanotecnologia são:

1. Controle das características desejáveis; 2. Otimização do uso de recursos; 3. Menor impacto ambiental; 4. Desenvolvimento de fármacos com menores efeitos colaterais; 5. Aumento da capacidade de processamento de sistemas computacionais.

Por outro lado, existem grupos que apontam para seus riscos:

1. Sobre direitos de propriedade intelectual; 2. Políticos, em relação ao impacto no desenvolvimento econômico de países e

regiões; 3. De privacidade, quando sensores em miniatura se tornarem imperceptíveis; 4. Ambientais, com o lançamento de nanopartículas no ecossistema; 5. Quanto à segurança dos trabalhadores e dos consumidores em contato com

nanopartículas. Os países desenvolvidos têm demonstrado bastante interesse nas pesquisas da Nanociência, pois reconhecem a importância do domínio desta tecnologia frente ao mercado internacional. Os investimentos globais em Nanotecnologia já chegam a US$ 6 bilhões, com destaque para o Japão e os Estados Unidos líderes no ranking dos investimentos. Apesar de várias pesquisas em Nanotecnologia se apresentarem ainda em estágio de desenvolvimento, diversos produtos inovadores baseados na Nanotecnologia já são comercializados no mercado mundial. Dentre as aplicações inovadoras que já incorporam essa tecnologia, podem-se citar como exemplos: vidros para automóveis e óculos de sol, tecidos, equipamentos esportivos, protetores solar e cosmético, televisores, chips e memórias para computadores e minilabs. São 3 as grandes áreas que representarão grandes oportunidades de negócio no mundo nos próximos anos: biotecnologia, semicondutores e novos materiais, com destaque para a família de produtos criada a partir de nanotubos de carbono. O governo brasileiro tem implementado ações importantes para a promoção do desenvolvimento da Nanotecnologia no país. No entanto, é importante que a política de investimentos do governo mantenha a continuidade do programa, a fim de se evitar erros cometidos no passado, como aconteceu no Programa Nuclear, com a descontinuidade do mesmo.

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O que se percebe é que as aplicações da Nanotecnologia no mercado nacional não acompanham o ritmo de crescimento das publicações científicas sobre o tema. O nível de investimentos do governo brasileiro em Nanotecnologia ainda é muito tímido diante dos volumosos investimentos dos países desenvolvidos e poucas são as empresas que estão desenvolvendo pesquisas em Nanotecnologia no país. Nos Estados Unidos, por exemplo, já são mais de 500 as empresas que comercializam produtos relacionados à Nanotecnologia. Com o estudo realizado, concluímos que há muitas iniciativas de pesquisa, mas são poucas as experiências brasileiras em Nanotecnologia que já estão sendo comercializadas. O Brasil já dispõe de algumas pesquisas de ponta, tanto básicas quanto aplicadas, mas carece de empresas que invistam na transformação desses conhecimentos em produtos. O elevado grau de inovação conferido pelas mudanças em produtos e processos industriais gerados pelo avanço da Nanotecnologia deverá causar a obsolescência de diversos produtos e processos atualmente em uso. Para evitar que esse processo comprometa a competitividade da indústria brasileira, é necessário investir em ações que contribuam para a convergência da Nanotecnologia na geração de produtos, processos, serviços e patentes.

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NANOTECNOLOGIA – Definição, Conceitos e Histórico

1. O que é Nanotecnologia?

A Nanotecnologia engloba todo tipo de desenvolvimento tecnológico dentro da escala nanométrica

A Nanotecnologia, por ser ainda um tema relativamente recente, ainda nãoapresenta uma definição formal no meio científico, inclusive gerando um grandedebate a esse respeito. O termo é utilizado com freqüência para descrever aNanotecnologia Molecular (MNT), que é uma avançada forma de Nanotecnologiaque se acredita dominar em um futuro não muito distante. Já a Nanociência é otermo utilizado para descrever o campo interdisciplinar da ciência voltado para oavanço da Nanotecnologia. Dentre as macro disciplinas envolvidas, podemos citar abiologia, a física, a química e a ciência da computação.

A Nanotecnologia engloba todo tipo de desenvolvimento tecnológico dentro da escala nanométrica, geralmente entre 0,1 e 100 nanômetros. Um nanômetro equivale a um milionésimo de um milímetro ou a um bilionésimo de um metro. O prefixo “nano” tem origem grega e significa anão.

Figura 1 - Escala nanométrica de objetos naturais e artificiais

Fonte: Elaboração Instituto Inovação (imagens do site

http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/scienceopticsu/powersof10/) Outros pesquisadores definem Nanotecnologia como sendo “uma ciência relacionada à manipulação da matéria ao nível molecular, visando à criação de novos materiais, substâncias e produtos, com uma precisão de átomo a átomo. [...]” (Waite Group Press, tradução livre de Oswaldo Luiz Alves). A escala nanométrica é utilizada na medição de átomos e moléculas, entretanto até mesmo essa escala pode ser considerada grande para isso, uma vez que o tamanho característico de um átomo é da ordem de um décimo de nanômetro.

O comportamento dos materiais na escala nanométrica se difere da escala em que estamos familiarizados

A importância da ciência nessa dimensão reside no fato de que, à medida que aescala do objeto que se manipula aproxima-se do intervalo de 0,1 a 100nanômetros, leis da física existentes no mundo na escala em que estamosfamiliarizados, como a gravidade, passam a ter menor importância. Nessa escala,um material passa a se comportar com base na física quântica, que difere emvários pontos da física clássica. Propriedades térmicas, ópticas, magnéticas eelétricas, por exemplo, podem ser atingidas quando certos materiais sãosubmetidos à miniaturização em nanopartículas, mantendo-se a mesmacomposição química. Reações químicas também podem ocorrer entre diferenteselementos químicos em proporções muito menores, dado que partículasnanométricas apresentam uma área de contato muito maior.

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O UNIVERSO DA NANOTECNOLOGIA – DO TAMANHO DE UM ÁTOMO

Para entendermos o universo no qual pesquisadores e cientistas da Nanociência atuam, énecessário entender conceitos básicos sobre a menor unidade que constitui toda a matéria no universo: o átomo.

Os átomos são os componentes básicos das moléculas e da matéria comum existentes na Terra. São compostos por partículas subatômicas, sendo que as mais conhecidas são os prótons, os nêutrons e os elétrons. Apenas 90 elementos, dos 112 hoje conhecidos, foram identificados como existentes em estado natural no planeta. O restante foi desenvolvido em laboratório, sendo que outros foram identificados apenas fora da órbita terrestre.

Os diferentes elementos que constituem a tabela periódica são diferenciados pelo número de prótons existentes em seu núcleo. Todo átomo neutro tem um número igual de prótons e de elétrons. Caso um átomo se encontre em desequilíbrio no número dessas partículas subatômicas, o mesmo gera uma carga elétrica e é chamado de íon.

Os átomos têm a capacidade de se agrupar e criarem moléculas. Por exemplo, uma molécula de água – cuja composição química é representada pela fórmula H2O - éconstituída de dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio.

A existência dos átomos foi inicialmente proposta a mais de quatro séculos antes de Cristo pelo filósofo grego Demócrito, que afirmou que todos os corpos da natureza eram compostos de minúsculas partículas indivisíveis chamadas de átomos.

Modelo ilustrativo de um átomo e elementos subatômicos

Fonte: Adaptado de HowStuffWorks

Discussões e modelos surgiram durante muitas décadas a respeito da composição estrutural do átomo. John Dalton (1766-1844), Joseph J. Thomson (1856-1940), Rutherford, Niels Bohr (1885-1962), e James Chadwick foram os principais agentes da descoberta da composição atômica.

Hoje se sabe que os átomos são formados por prótons, nêutrons e elétrons. Sabe-se também da existência de partículas ainda menores: o pósitron, o neutrino e o méson. As pesquisas apontam para a existência de dezenas de outras partículas. Elas são classificadas em duas famílias: os quarks – que formam os nêutrons, prótons e mésons – e os léptons – que formam partículas mais leves, como o elétron e o neutrino.

2. A multidisciplinaridade da Nanociência

A Nanociência envolve vários campos das ciências naturais e exatas

Uma característica peculiar da Nanociência é que esta é constituída de um agregado interdisciplinar de vários campos das ciências naturais e exatas, sendo cada uma altamente especializada em sua aplicação. Segundo o professor emérito da Unicamp, o Físico Cylon Gonçalves da Silva, a Nanotecnologia se tornou uma Supraciência.

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Figura 2 - Nanociência, Tecnologia de Convergência

NANOTECNOLOGIA

FÍSICAInstrumentaçãoFisica Quântica

CIÊNCIAS DA COMPUTAÇÃONano-sistemas

BIOLOGIAProcessos Biológicos

QUÍMICAEstrutura atômica dos materiais

NANOTECNOLOGIA

FÍSICAInstrumentaçãoFisica Quântica

CIÊNCIAS DA COMPUTAÇÃONano-sistemas

BIOLOGIAProcessos Biológicos

QUÍMICAEstrutura atômica dos materiais

Fonte: Instituto Inovação

É tênue a linha que separa as disciplinas que envolvem a Nanotecnologia

Na Nanociência, atingiu-se um ponto no qual a linha que separa as disciplinas distintas se torna imprecisa, e é exatamente por esta razão que a Nanotecnologia é também referida como uma tecnologia de convergência. Por exemplo, a Física tem um papel muito importante, sendo que sua maior contribuição se encontra na elaboração de leis que explicam a física quântica que rege o nano universo. Partículas em nano escala podem apresentar comportamentos completamente adversos aos observados no mundo na escala que conhecemos, por exemplo, materiais naturalmente não condutores podem se tornar semicondutores em escala nanométrica. Além disso, os físicos foram os maiores responsáveis pela construção dos microscópios utilizados na investigação dos fenômenos em nano escala. Atingir a estrutura desejada de um material e uma configuração específica de átomos coloca em foco o campo da Química. Nessa área, sistemas vivos estão sendo combinados com materiais não–vivos para a criação de novos aparelhos. No campo da Biologia, inúmeros são os estudos que estão sendo desenvolvidos em relação aos processos biológicos para tratamento de patologias, nano transportes de drogas, muitos lançando mão de seres vivos, microorganismos como coadjuvantes nestes processos. Na área da Ciência da Computação, os cálculos e simulações se preocupam em projetar matérias, elaborar modelos e experimentos em computador, envolvendo nano sistemas.

3. O surgimento e evolução da Nanotecnologia

A Nanotecnologia começou a ser discutida em 1959, pelo físico Richard Feymann

O primeiro registro de menção ao tema, mesmo que sem o uso do termo Nanotecnologia, se deu em uma palestra realizada em 1959 pelo físico Richard Feymann. Em sua apresentação intitulada “There is plenty of room at the bottom”, ou em português: “Há muito espaço lá em baixo”, Feymann sugeriu meios para desenvolver a habilidade de manipular átomos e moléculas. Segundo o autor, "Os princípios da física não falam contra a possibilidade de se manipular as coisas átomo por átomo". Feymann afirmou que há tanto lugar nessa pequena escala que, dominada a manipulação dos átomos individualmente, seria possível registrar tudo o que a humanidade escreveu até a presente data em um cubo de um décimo de milímetro de lado: ou seja, em um grão de poeira. O termo Nanotechnology foi criado em 1974, na Universidade de Ciências de Tókio pelo professor Norio Taniguchi para descrever a manufatura precisa de materiais

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com tolerâncias nanométricas. Na década de 80, o termo foi reinventado e sua definição expandida pelo professor K. Eric Dexler do Massachusetts Institute of Technology - MIT, mais especificamente em seu livro “Engines of Creation – The Coming Era of Nanotechnology”, de 1986. Sua tese de doutorado “Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing and Computation”, publicado em 1992 reacendeu o interesse pela tecnologia no meio cientifico mundial. O quadro a seguir identifica alguns dos marcos dentro da evolução das técnicas, conceitos e descobertas da Nanociência.

Figura 3 - Marcos Históricos da Nanotecnologia

• Eric Dexler lança o livro “Engines ofcreation – TheComingEra ofNanotechnology

• Palestra de Richard Feymann

1931

• Invenção do Microscópio de Tunelamento

• Descobertada molécula

de fullereno

1959

1974

1981 1985

1986

1989

1991

1992

• Termo “Nanotecnologia” écriado por NorioTaniguchi

• IBM manipula 35 átomos de xenônio e escreve com eles sua marca numa placa de níquel

• Descoberta dos nanotubos

• Descoberta dos nanocones

• Invenção do Microscópio Eletrônico

Fonte: Instituto Inovação

Em 1959, quando o físico Richard Feynnman falou pela primeira vez sobre Nanotecnologia, apontou para o que seria, a seu ver, a principal barreira para a manipulação na escala nanométrica: a impossibilidade de vê-la. Entretanto, 23 anos após sua famosa palestra, esse grande desafio já havia sido conquistado. No dia 10 de agosto de 1982, um ano após sua invenção, a IBM conseguiu uma patente do Microscópio de Varredura por Tunelamento Eletrônico (Scanning Tunneling Microscope - STM). A partir do STM, pode-se chegar ao desenvolvimento do microscópio de microssondas eletrônicas de varredura (scanning probe microscopes - SPM), que além da visualização nanométrica de uma superfície, permite também manipular átomos e moléculas. O fato de que a ciência tenha elaborado os primeiros modelos atômicos há apenas algumas décadas atrás, e hoje já consiga desenvolver meios para a manipulação em escala atômica é no mínimo surpreendente. A evolução da Nanociência é um bom exemplo de como a pesquisa básica pode fundamentar a pesquisa aplicada, num curto espaço de tempo. Além disso, a evolução da Nanociência nos permite entender porque os Estados Unidos, hoje, representam a maior potência em Nanotecnologia do mundo, uma vez que apoiaram e investiram na pesquisa desde os seus primórdios.

Sobre o Instituto Inovação O Instituto Inovação trabalha na aceleração de projetos e negócios baseados em inovação tecnológica e na dinamização da cadeia da inovação brasileira. Seu objetivo máximo é promover a aproximação entre a produção tecnológica do país e a sociedade. Este trabalho foi desenvolvido pelo Knowledge Center, área do Instituto Inovação responsável pela publicação de estudos e gestão do conhecimento. Para ter acesso ao estudo na íntegra, entrar em contato com kc@institutoinovacao.com.br www.institutoinovacao.com.br