N ANOCARROS Instituto de Física Universidade de São Paulo Introdução à Nanociência e...
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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 5643841 1
N ANOCARROS Instituto de Física Universidade de São Paulo Introdução à Nanociência e Nanotecnologia Professora Helena Maria Petrilli 19 de maio de 2011
N ANOCARROS Instituto de Fsica Universidade de So Paulo
Introduo Nanocincia e Nanotecnologia Professora Helena Maria
Petrilli 19 de maio de 2011 Aline Yuri Nakamura n USP 5643841
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P OR QUE N ANOCARROS ? Criar sistema molecular artificial que
imita algumas propriedades de motores biolgicos Diagnstico no corpo
humano Remoo de tumores Construo de circuitos eletrnicos
ultraminiaturizados Nanorrobs Mquinas miniaturizadas Construir
mquinas a partir de molculas de modo muito parecido com o que a
natureza faz, tornando-as capazes de desempenhar tarefas especficas
nos organismos vivos 3
Slide 4
Duas abordagens: i.Top-Down: reduz o tamanho de objetos
macroscpicos (fotolitografia e tcnicas relacionadas) ii.Bottom-up:
constri funcionais macro ou nanoscpicos a partir de blocos
moleculares, utiliza-se da propriedade qumica de molculas para
organizar ou montar uma estrutura N ANOMQUINAS NANOCARROS 4
Dispositivos que permitem i.Movimento mecnico controlado
ii.Transporte de nanocargas
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O QUE SO N ANOCARROS ? 2005: Rice University Professores James
M. Tour e Kevin Kelly Problema: movimentar fulerenos sobre
superfcies metlicas Terceira forma mais estvel do carbono
Nanomolculas aromticas Altamente simtricas Mais conhecido: C 60
dimetro de 1nm C 60 Buckminsterfullereno: 12 pentgonos e 20
hexgonos Tambm conhecido como futeboleno 5
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A MOLCULA Imagem da Rice University Office of Media Relations
(Dr. Kevin Kelly) Imagem da Rice University (Prof James M Tour
Group) Chassi Rodas 3 a 4 nm 6
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R OLAMENTO DAS R ODAS Estrutura com movimento direcional
controlado em uma superfcie devido ao rolamento das rodas
transporta carga de um ponto A a um ponto B No h o comportamento
stick-slip Rolamento das rodas: acontece atravs de estmulo externo
(como campo eltrico) e devido ligao do fulereno com o restante da
estrutura o nanocarro tem a habilidade de rolar na superfcie alm de
ter flexibilidade ortogonal ao plano da superfcie Para controlar o
movimento do nanocarro utilizado o STM (microscpio eletrnico de
tunelamento) 7
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8 STM-I MAGES M OTION O E XPERIMENTO, P ARTE I Nanocarros
mantiveram-se estveis e estcionrios cobre uma superfcie de ouro em
temperatura ambiente Estabilidade = grande fora de adeso entre o
fulereno e o ouro (essa adeso entre os dois materiais j vem sendo
observada e estudada anteriormente) Os nanocarros permaneceram
parados at aproximadamente 170 C Nanocarros mantiveram-se estveis e
estcionrios cobre uma superfcie de ouro em temperatura ambiente
Estabilidade = grande fora de adeso entre o fulereno e o ouro (essa
adeso entre os dois materiais j vem sendo observada e estudada
anteriormente) Os nanocarros permaneceram parados at
aproximadamente 170 C Fonte: Artigo Directional Control in
Thermally Driven Single-Molecule Nanocars
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STM-I MAGES M OTION O E XPERIMENTO, P ARTE II Imagens (b) a
(k): Tratamento trmico em ~200C, corrente de tunelamento de 200pA.
A orientao do nanocarro determinada pela separao das rodas
(fulerenos). Imagens (h) a (k): Tratamento trmico em ~225C,
corrente de tunelamento de 200pA. Mostra o movimento de giro. 9
Fonte: Artigo Synthesis of Single-Molecule Nanocars
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STM-I MAGES M OTION O E XPERIMENTO, P ARTE II Vdeo da Rice
University Prof James Tour Group (
http://www.jmtour.com/about/photos_graphics/nanocars/ )
http://www.jmtour.com/about/photos_graphics/nanocars/ 10
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11 STM um nico nanocarro a.O nanocarro puxado pela ponta do STM
na direo perpendicular ao seu eixo quando a ponta do STM colocada
na frente do nanocarro na direo do movimento (imagem ab) b.Quando a
ponta foi colocada ao lado, a 90 do primeiro movimento, a estrutura
no se moveu c.Sendo utilizada a mesma tcnica de a. o nanocarro se
move STM um nico nanocarro a.O nanocarro puxado pela ponta do STM
na direo perpendicular ao seu eixo quando a ponta do STM colocada
na frente do nanocarro na direo do movimento (imagem ab) b.Quando a
ponta foi colocada ao lado, a 90 do primeiro movimento, a estrutura
no se moveu c.Sendo utilizada a mesma tcnica de a. o nanocarro se
move STM-I MAGES M OTION O E XPERIMENTO, P ARTE III Fonte: Artigo
Directional Control in Thermally Driven Single-Molecule
Nanocars
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12 STM-I MAGES M OTION Empurrar o nanocarro com a ponta do STM
no causa o movimento da molcula Atpico na manipulao molecular por
STM, onde praticamente em todos os casos uma molcula orgnica
empurrada pela ponta do STM Essa sequncia de manipulaes ilustra a
forte preferncia direcional da molcula, movimentos perpendiculares
aos eixos Resultado esperado para o fulereno Resultado: possvel
controlar a direo de movimento em tamanho molecular de
nanoestruturas dirigindo o rolamento, utilizando rodas de fulereno
C-60 com eixos com base em alcinos (hidrocarbonetos acclicos)
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13 P RXIMOS P ASSOS.... Nanomotores similar ao nanocarro mas
contendo uma estrutura que gera energia para o nanocarro se
movimentar, por exemplo, energia a partir da luz, campo eltrico
induzido entre outras Nanotrens vrios nanocarros acoplados
Nanodragster movimento com maior velocidade Nanocarro frio por
fluorescncia, permite o movimento em superfcies no condutoras de
eletricidade e em temperatura ambiente (no utiliza STM)
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S CI F INDER V IDEO - N ANOCAR SciFinder:
http://www.youtube.com/watch?v=lASdcW-BtiUhttp://www.youtube.com/watch?v=lASdcW-BtiU
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A GRADECIMENTO E R EFERNCIAS 1.G. Vives e J. M. Tour, Synthesis
of Single-Molecule Nanocars, Accounts of Chemical Research,
473-487, 2009 2.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, 2330-2334, 2005 3.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, 652- 656, 2008 4.S. B.
Legoas, R. Giro e D. S. Galvo, Molecular dynamics simulations of
C60 nanobearings, Chemical Physics Letters, 384, 2004 5.G.
Brunetto, F. Sato, X. Bouju e D. Galvo, The First Molecular Wheel:
A Theoretical Investigation, MRS Fall Meeting, 2010 15
Agradecimento ao Prof Douglas Soares Galvo, professor titular do
Departamento de Fsica Aplicada do IFGW da UNICAMP, que muito
generosamente indicou algumas referncias utilizadas para a elaborao
deste seminrio.
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R EFERNCIAS 1.R. Otero, F. Hmmelink, F. Sato, S. B. Legoas, P.
Thostrup, E. Laegsgaard, I. Stensgaard, D. S. Galvo e F.
Besenbacher, Lock-and-key effect in the surface diffusion of large
organic molecules probed by STM, Nature Publishing Group, Vol. 3,
2004 2.Site: http://www.jmtour.com/about/photos_graphics/nanocars/
(14/mai/11) http://www.jmtour.com/about/photos_graphics/nanocars/
3.Site: http://www.rice.edu/media/nanocar.html (14/mai/11)
http://www.rice.edu/media/nanocar.html 4.Site:
http://cnx.org/content/m14511/latest/ (14/mai/11)
http://cnx.org/content/m14511/latest/ 5.Site:
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=nanocarro-molecular-roda-
livre&id=010165090209 (14/mai/11)
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=nanocarro-molecular-roda-
livre&id=010165090209 16 MUITO OBRIGADA!
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17 ANEXOS
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18 A NEXO Fonte: Artigo Synthesis of Single-Molecule
Nanocars
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19 A NEXO Fonte: Artigo Synthesis of Single-Molecule
Nanocars
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20 A NEXO Prof Douglas Galvo et al: Molecular-Dynamics
Simulations of Carbon Nanotubes as Gigahertz Oscillators Molecular
dynamics simulations of C60 nanobearings The First Molecular Wheel:
A Theoretical Investigation