Caracterização do(s) problema(s) e justificativa(s)

     Materiais com dimensões nanométricas apresentam propriedades físicas e químicas completamente diferentes das apresentadas por sólidos macroscópicos e mesmo microscópicos. A investigação destas novas propriedades (nano-ciência) e das aplicações associadas (nano-tecnologia), constitui uma das áreas de pesquisa mais promissoras da atualidade. Apesar do grande interesse nos sistemas nanoscópicos, a sua fabricação controlada, caracterização, compreensão e aplicação representam um desafio para a comunidade científica e tecnológica. Por estarem em uma situação intermediária entre átomos/moléculas e sólidos, metodologias bem estabelecidas em investigação - síntese, caracterização, modelagem - de átomos/moléculas e da matéria condensada, na maioria das vezes são inadequados para estes sistemas. Assim sendo, ferramentas específicas para sistemas na escala nanométrica ainda deverão ser desenvolvidos mediante abordagens necessariamente multidisciplinares. Este é o objeto desta proposta.

     Considerando a natureza inovadora e o caráter multidisciplinar da Nano-ciência e da Nano-tecnologia, a atividade de pesquisa exige a união de recursos humanos e infraestrutura provenientes de diferentes áreas em uma estrutura de rede de pesquisa. Por outro lado, dada a grande variedade de áreas de interesse, faz-se necessário a organização e otimização destes recursos. Avanços recentes do conhecimento fundamental e aplicado dos sistemas nano-estruturados em nível mundial têm mostrado possibilidades insuspeitas anteriormente, rompendo inúmeras vezes com divisões como esta acima esboçada. Este fato indica mais uma vez a conveniência da atividade em rede, com a utilização exploratória num ambiente inteiramente novo de ferramentas teóricas e experimentais bem estabelecidas em outras áreas de pesquisa, bem como exige uma prática intensiva de comunicação e intercâmbio de experiências.

Os resultados que espera-se atingir são:

1. Consolidação da Rede Integrada de Pesquisa: Espera-se com este projeto superar a fase de colaborações bilaterais, consolidando a rede, aumentando o grau de articulação, coordenação e pesquisa em cooperação entre as diferentes equipes envolvidas e os grupos emergentes por ela apoiados.

2. Formação de Recursos Humanos: Estão sendo formados atualmente nesta rede oitenta (80) estudantes em nível de doutorado nas áreas de Engenharia Mecânica, Engenharia da Computação, Telecomunicações, Química e Física. Espera-se ampliar o número de alunos e, especialmente, aumentar a proporção de alunos com trabalhos de tese especificamente na área de sistemas nano-estruturados

3. Produção Científica: Os resultados deste projeto serão objeto de publicações a serem submetidas a periódicos internacionais e apresentados em congressos nacionais e internacionais. Espera-se que a rede contribua de modo significativo para o melhor conhecimento dos mecanismos de formação de filmes de carbono nanoestruturados e, portanto, permitindo o controle mais preciso de suas propriedades estruturais, mecânicas e tribológicas. Do mesmo modo, é esperado que efetiva contribuição ao domínio dos processos de produção e posterior purificação e extração de nanotubos. O estudo de óxido ultrafinos deve trazer novas informações sobre os processos de crescimento e deposição, bem como a estrutura físico-química e elétrica de suas interfaces, tanto com silício (no caso de filmes dielétricos) como com matrizes desordenadas (no caso de quantum dots), onde as propriedades optoeletrônicas deverão ser objeto de investigação. Igualmente, pretende–se aprimorar o conhecimento dos mecanismos que levam à formação de nano-cristais semicondutores e metálicos e, posteriormente, determinar as condições de preparação que otimizem o tamanho, a distribuição de nanoagregados, e as propriedades físicas e químicas em estudo. Espera-se um avanço substancial no conhecimento e controle das propriedade magnéticas, magneto-oticas e de magnetotransporte de sistemas nanoestruturados.

4. Desenvolvimento Teórico: Através de modelagem e simulação dos diferentes sistemas nano-estruturados, espera-se obter a compreensão de seus mecanismos básicos fundamentais. Isto permitirá a explicação de fenômenos observados experimentalmente, a previsão de novos fenômenos e novas nano-estruturas, e a proposta de novos experimentos. No decorrer destas investigações, serão também desenvolvidos novos métodos e algoritmos.

5. Desenvolvimento de Tecnologia em Escala Nanoscópica: A rede já está contribuindo significativamente para as tecnologias da microeletrônica base-silício, da optoeletrônica integrada, dos revestimentos protetores nanoestruturados, da leitura e gravação magneto-otica e dos aços finos, algumas destas contribuições feitas em associação com a industria de alta tecnologia de países industrializados. Avanços na área de novas estruturas de semicondutores III-V para aplicação em dispositivos de telecomunicações estão sendo obtidos de forma integrada com a indústria (Puc-Rio – Ericsson). Espera-se obter novos avanços importantes nestas áreas assim como em áreas novas como as modificações químicas e tribológicas em superfícies com alta resolução espacial, manipulação e desenvolvimento de dispositivos de nanotubos, dispositivos baseados em poços e pontos quânticos e muitos outros.

6. Interação com o setor produtivo: As diferentes equipes envolvidas na rede têm um histórico recente de bem sucedidas experiências no que tange a interação com empresas. Destacamos, entre outros, o convênio FAPESP recentemente assinado entre a UNICAMP e a Eaton do Brasil para o estudo de revestimentos de aços à base de plasmas, a colaboração entre a PUC-Rio/UFF e a PETROFLEX para o estudo de revestimentos anti-adesivos, a colaboração entre o LAS/INPE e a Empresa Clorovale Diamante Ltda, para transferência de tecnologia, com a venda de patente internacional, em diamantes-CVD, o projeto de desenvolvimento de isolantes térmicos avançados TERMOLAR S.A - UFRGS - FAPERGS, a liderança que o coordenador deste projeto tem na criação do polo de Pesquisa e Desenvolvimento em Microeletrônica e Tecnologia de Informação, CEITEC, numa associação da MOTOROLA INC. com o governo do Estado do Rio Grande do Sul. É importante ressaltar também o trabalho em cooperação realizado pelo laboratório de microscopia eletrônica e de nanoscopia do CETEC-MG com as empresas fabricantes de aços ACESITA e BELGO-MINEIRA, assim como entre o LABSEM da Puc-Rio com a Ericsson . Estas experiências anteriores qualificam a rede para novas situações deste tipo, que já estão começando a acontecer com a colaboração entre o LAS/INPE e a Johnson & Johnson do Brasil na área de filmes de carbono nanoestruturados. É importante lembrar, entretanto, o caracter extremamente exploratório de muitas das atividades propostas no campo da Nanociência e Nanotecnologia, que fazem supor tempos de maturação para possíveis produtos de muitos anos, com intensa atividade de Pesquisa e Desenvolvimento, o que está fora do horizonte desta chamada.