Nanopartículas

Em engenharia, física e química existe um estudo um tanto quanto moderno que é o da nanotecnologia, ou seja, um ramo da ciência que desenvolve tecnologia a um nível nanoscópico. Os principais objetos do estudo da nanotecnologia são partículas compostas por diversos átomos formando uma estrutura que se comporta como uma unidade inteira, em termos de ponto de fusão, ebulição, vibração, movimentação no meio dentre outras coisas. Essas partículas são conhecidas como Nanopartículas.

O prefixo Nano é uma menção a unidade de medida que denota um fator de 10^ -9, ou seja, Nanopartícula é uma partícula que se encontra dentro da escala dessa unidade, como unidade de medida é o metro, temos que a unidade de medida que o fator que denota o nano multiplica é o próprio metro. Logo 1 nanômetro (1 nm) corresponde a 10^ -9 metros.

Existe uma definição que diz que um nanopartícula possui um tamanho de aproximadamente 100 nm ou menor, porém isso não é um consenso, uma vez que essa área da ciência ainda é relativamente moderna e novas descobertas se dão sempre, estruturando novos conhecimentos e caminhos.

Uma coisa muito relevante do estudo das nanopartículas é que elas possuem características completamente diferentes do material original que as gerou. Desde a estrutura até temperaturas de fusão e ebulição por exemplo. Elas são classificadas referente ao tamanho, sendo o diâmetro, sendo que partículas finas são capazes de cobrir áreas entre 100 a 1200 nm e partículas superfinas conseguem cobrir uma área de 1 a 100 nm, sendo o próprio tamanho das nanopartículas superfinas entre 1 a 100 nm. Logo podemos dizer, e isso fica bem óbvio, que o critério mais importante que definem as qualidades de uma nanopartícula é o tamanho das mesmas.

Uma nanopartícula pode ser composta por mais de um tipo de átomo e ter comportamento e características bastante diferentes do material de origem. Essas nanopartículas também podem ser modeladas e então o número de átomos que as compõem podem ser adicionados em porcentagens que modificam as qualidades do material conforme as porcentagens vão sendo alteradas.

Laboratorialmente as nanopartículas podem ser desenvolvidas com a agregação de pós finos de materiais que se desejam estudar. Muitas nanopartículas podem ser produzidas a temperatura ambiente. A modelagem das partículas podem ser desenvolvidas computacionalmente e suas características estudadas com auxílio de mecânica clássica e dinâmica molecular com programas como Gromacs, LAMMPS, DL_Poly dentre outros.

Computacionalmente existem problemas que tem que ser minimizados energeticamente, com possíveis sobreposições de átomos, por isso quando se modela uma partícula ou um sistema deve-se rodar uma simulação onde se tem o calculo das posições de cada átomo no espaço gerando um arquivo que garante posições que não se tem sobreposições desses átomos.

As formas das partículas também são relevantes, havendo estruturas com diversas faces, sendo essas faces de importância para o comportamento das nanopartículas, logo, existem números chamados "mágicos" que estruturam uma partícula perfeitamente. Os mais comuns são 586 e 1289 átomos, formando uma estrutura com 20 faces, possuindo faces com formatos hexagonais e quadradas. Com essas quantidades de átomos temos o encerramento perfeito da estrutura de uma partícula com 586 ou 1289 átomos, evitando que algum átomo fique fora da estrutura e altere a energia do sistema aumentando-na.

Acima temos uma nanopartícula de ouro de 3,5 nm com 1289 átomos e aquecida a 298 K.

Nanopartícula de Platina, como 1289 átomos. A simulação para se chegar nessa partícula foi feita com temperatura crescendo de 300 K a 1200 K numa razão de 50 K. A partícula da imagem está a 300 K e possui tamanho de 3,5 nm.

As nanopartículas podem ser usadas para diversas coisas desde indústria até medicina. Na indústria elas tem um forte apelo para o desenvolvimento de catalisadores, ou seja, servem para que reações químicas se deem mais rápidas devido ao abaixamento da energia de ativação do sistema por causa das interações que as mesmas tem com componentes do processo químico. Isso garante um lucro maior das indústrias, pois se tem um menor gasto energético para se produzir quantidades muito grandes de produtos. São muito empregadas na indústria siderúrgica. Na área de medicina podem ser usadas como receptores de enzimas e ajudar no tratamento contra o câncer dentre diversas outras coisas.