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Nanocarros Instituto de Física Universidade de São Paulo
Apresentação em tema: "Nanocarros Instituto de Física Universidade de São Paulo"— Transcrição da apresentação:
1 Nanocarros Instituto de Física Universidade de São Paulo
Introdução à Nanociência e Nanotecnologia Professora Helena Maria Petrilli 19 de maio de 2011 Aline Yuri Nakamura – nº USP
2 Aplicações Definição Como funciona Experimento Conclusão Bibliografia
Índice Aplicações Definição Como funciona Experimento Conclusão Bibliografia
3 Por que Nanocarros? Criar sistema molecular artificial que imita algumas propriedades de motores biológicos Diagnóstico no corpo humano Remoção de tumores Construção de circuitos eletrônicos ultraminiaturizados Nanorrobôs Máquinas miniaturizadas Construir máquinas a partir de moléculas de modo muito parecido com o que a natureza faz, tornando-as capazes de desempenhar tarefas específicas nos organismos vivos
4 Dispositivos que permitem Movimento mecânico controlado
Nanomáquinas Dispositivos que permitem Movimento mecânico controlado Transporte de nanocargas Duas abordagens: Top-Down: reduz o tamanho de objetos macroscópicos (fotolitografia e técnicas relacionadas) Bottom-up: constrói funcionais macro ou nanoscópicos a partir de "blocos moleculares", utiliza-se da propriedade química de moléculas para organizar ou montar uma estrutura NANOCARROS
5 Também conhecido como futeboleno
O que são Nanocarros? 2005: Rice University – Professores James M. Tour e Kevin Kelly Problema: movimentar fulerenos sobre superfícies metálicas Terceira forma mais estável do carbono Nanomoléculas aromáticas Altamente simétricas Mais conhecido: C60 – diâmetro de 1nm Também conhecido como futeboleno C60 – Buckminsterfullereno: 12 pentágonos e 20 hexágonos
6 A molécula Imagem da Rice University Office of Media Relations (Dr. Kevin Kelly) Imagem da Rice University (Profº James M Tour Group) 3 a 4 nm Rodas Chassi
7 Rolamento das Rodas Estrutura com movimento direcional controlado em uma superfície devido ao rolamento das rodas – transporta carga de um ponto A a um ponto B Não há o comportamento "stick-slip" Rolamento das rodas: acontece através de estímulo externo (como campo elétrico) e devido à ligação do fulereno com o restante da estrutura o nanocarro tem a habilidade de rolar na superfície além de ter flexibilidade ortogonal ao plano da superfície Para controlar o movimento do nanocarro é utilizado o STM (microscópio eletrônico de tunelamento)
8 STM-Images Motion – O Experimento, Parte I
Fonte: Artigo "Directional Control in Thermally Driven Single-Molecule Nanocars" Nanocarros mantiveram-se estáveis e estácionários cobre uma superfície de ouro em temperatura ambiente Estabilidade = grande força de adesão entre o fulereno e o ouro (essa adesão entre os dois materiais já vem sendo observada e estudada anteriormente) Os nanocarros permaneceram parados até aproximadamente 170º C
9 STM-Images Motion – O Experimento, Parte II
Imagens (b) a (k): Tratamento térmico em ~200ºC, corrente de tunelamento de 200pA. A orientação do nanocarro é determinada pela separação das rodas (fulerenos). Imagens (h) a (k): Tratamento térmico em ~225ºC, corrente de tunelamento de 200pA. Mostra o movimento de giro. Fonte: Artigo "Synthesis of Single-Molecule Nanocars"
10 STM-Images Motion – O Experimento, Parte II
Vídeo da Rice University – Profº James Tour Group (http://www.jmtour.com/about/photos_graphics/nanocars/)
11 STM-Images Motion – O Experimento, Parte III
Fonte: Artigo "Directional Control in Thermally Driven Single-Molecule Nanocars" STM – um único nanocarro O nanocarro é puxado pela ponta do STM na direção perpendicular ao seu eixo quando a ponta do STM é colocada na frente do nanocarro na direção do movimento (imagem a→b) Quando a ponta foi colocada ao lado, a 90º do primeiro movimento, a estrutura não se moveu Sendo utilizada a mesma técnica de a. o nanocarro se move
12 Resultado esperado para o fulereno
STM-Images Motion "Empurrar" o nanocarro com a ponta do STM não causa o movimento da molécula Atípico na manipulação molecular por STM, onde praticamente em todos os casos uma molécula orgânica é "empurrada" pela ponta do STM Essa sequência de manipulações ilustra a forte preferência direcional da molécula, movimentos perpendiculares aos eixos Resultado esperado para o fulereno Resultado: é possível controlar a direção de movimento em tamanho molecular de nanoestruturas dirigindo o rolamento, utilizando "rodas" de fulereno C-60 com eixos com base em alcinos (hidrocarbonetos acíclicos)
13 Próximos Passos.... Nanomotores – similar ao nanocarro mas contendo uma estrutura que gera energia para o nanocarro se movimentar, por exemplo, energia a partir da luz, campo elétrico induzido entre outras Nanotrens – vários nanocarros acoplados Nanodragster – movimento com maior velocidade Nanocarro frio – por fluorescência, permite o movimento em superfícies não condutoras de eletricidade e em temperatura ambiente (não utiliza STM)
14 SciFinder Video - Nanocar
15 Agradecimento e Referências
Agradecimento ao Profº Douglas Soares Galvão, professor titular do Departamento de Física Aplicada do IFGW da UNICAMP, que muito generosamente indicou algumas referências utilizadas para a elaboração deste seminário. G. Vives e J. M. Tour, "Synthesis of Single-Molecule Nanocars", Accounts of Chemical Research, , 2009 Y. Shirai, A. J. Osgood, Y. Zhao, K. F. Kelly e J. M. Tour, "Directional Control in Thermally Driven Single-Molecule Nanocars", Nano Letters, Vol. 5, No. 11, , 2005 A. V. Akimov, A. V. Nemukhin, A. A. Moskovsky, A. B. Kolomeisky e J. M. Tour, "Molecular Dynamics of Surface-Moving Thermally Driven Nanocars", J. Chem. Theory Comput., 4, , 2008 S. B. Legoas, R. Giro e D. S. Galvão, "Molecular dynamics simulations of C60 nanobearings", Chemical Physics Letters, 384, 2004 G. Brunetto, F. Sato, X. Bouju e D. Galvão, "The First Molecular Wheel: A Theoretical Investigation", MRS Fall Meeting, 2010
16 MUITO OBRIGADA! Referências
R. Otero, F. Hümmelink, F. Sato, S. B. Legoas, P. Thostrup, E. Laegsgaard, I. Stensgaard, D. S. Galvão e F. Besenbacher, " Lock-and-key effect in the surface diffusion of large organic molecules probed by STM, Nature Publishing Group, Vol. 3, 2004 Site: (14/mai/11) Site: (14/mai/11) Site: (14/mai/11) Site: livre&id= (14/mai/11) MUITO OBRIGADA!
18 Anexo Fonte: Artigo "Synthesis of Single-Molecule Nanocars"
19 Anexo Fonte: Artigo "Synthesis of Single-Molecule Nanocars"
20 Anexo Profº Douglas Galvão et al:
"Molecular-Dynamics Simulations of Carbon Nanotubes as Gigahertz Oscillators" "Molecular dynamics simulations of C60 nanobearings" "The First Molecular Wheel: A Theoretical Investigation"