Estruturas biológicas complexas possibilitam desde a sobrevivência de minúsculos organismos marinhos como o plâncton até as funções vitais em nosso organismo. A morfologia desses sistemas tem fascinado tanto arquitetos quanto cientistas, e sua reprodução em escala nanométrica poderia ser muito útil para fins tecnológicos. Este tipo de estrutura já é considerado candidato para aplicações em catalise química, filtros de ar para eliminação de vírus, e membranas para purificação de água e separação de proteínas.

O desenvolvimento dos dispositivos eletrônicos na escala nanométrica depende da constante busca por materiais que possuam as características adequadas e que sejam também eficientes e baratos. Esse é o caso do grafeno, material formado por uma única camada de átomos de carbono obtida a partir de grafite. O grafeno é um condutor com excelentes propriedades ópticas e elétricas, e que podem ser facilmente alteradas pela aplicação de campos elétricos ou luz.

Nanopartículas, por seu tamanho extremamente reduzido e propriedades adaptáveis a todo tipo de aplicação, tem atraido a atenção das mais diversas áreas. As caracterísitcas dessas minúsuculas partículas podem ser controladas através de sua composição, tamanho e formato. Além disso, pela combinação de diferentes materiais, é possível combinar diferentes propriedades em um mesmo tipo de nanopartícula ou fazer novas propriedades surgirem.

O Brasil é um país pioneiro na exploração de petróleo em águas profundas e uma grande quantidade desse combustível fóssil se encontra armazenado no espaço poroso de rochas carbonáticas, especialmente na camada do pré-sal. Essas rochas são muito heterogêneas e têm sistemas complexos de poros, o que traz grandes desafios na extração de óleo e gás. Após a perfuração de um reservatório de petróleo ou gás, a pressão natural de seu interior faz com que o conteúdo flua naturalmente até a superfície, onde esse fluído é coletado e direcionado para um navio-tanque. No entanto, poucos anos após a abertura desse poço, a quantidade de óleo extraído diariamente tende a diminuir devido à queda na pressão interna do poço.

Do ponto de vista bioquímico, somos um conjunto complexo de reações químicas interligadas. As moléculas que compõem nosso organismo estão em constante transformação, e é isso que torna possível que obtenhamos energia dos alimentos, que regeneremos danos aos nossos tecidos e sintetizemos os compostos necessários para a vida. Essas modificações ocorrem, geralmente, com auxílio de outras moléculas chamadas enzimas, que promovem e aceleram reações químicas sem serem consumidas durante o processo.

A compreensão completa do funcionamento do cérebro, de seu desenvolvimento e eventual degeneração, depende da avaliação do número de neurônios, sua organização espacial e a forma como se conectam uns com os outros. No entanto, esse estudo da arquitetura cerebral no nível de células individuais ainda é um grande desafio na neurociência.

Apesar do avanço recente na produção de veículos elétricos, e da perspectiva futura de veículos movidos a hidrogênio, a substituição da frota de veículos a combustão de combustíveis fósseis ainda deve demorar muitos anos. Enquanto isso, o número de veículos continua a crescer, e não só as políticas públicas devem ser adequadas a essa realidade, como também novas tecnologias que permitam diminuir a liberação de poluentes na atmosfera precisam ser desenvolvidas.

A nanoespectroscopia de infravermelho representa um grande avanço na análise química, pois permite a identificação de nanomateriais através de suas assinaturas vibracionais naturais (sem marcações). Classicamente alimentado por fontes de laser, o experimento chamado de Microscopia Ótica de Varredura de Campo Próximo do tipo espalhamento (s-SNOM) tornou-se uma ferramenta padrão para investigações de propriedades químicas e ópticas de materiais além do limite de difração da luz.

Um dos maiores desafios para o avanço de dispositivos embutidos a roupas e acessórios que sejam capazes, por exemplo, de continuamente medir e transmitir dados de sinais vitais, é a disponibilidade de energia, sem a necessidade de grandes baterias. A partir dos chamados materiais termoelétricos – em que uma diferença de temperatura entre dois pontos do material cria uma corrente elétrica ou vice-versa – seria possível obter a energia elétrica utilizada pelo dispositivo a partir da diferença de temperatura entre a superfície do corpo humano e o ar ambiente.

Materiais chamados ferroelétricos tem a propriedade de manter uma polarização elétrica espontânea, reversível pela aplicação de um campo elétrico externo. Esses materiais são adicionalmente, piezoelétricos – insto é, induzem o acúmulo de cargas elétricas pela aplicação de stress mecânico – e piroelétricos –  induzem uma voltagem temporária pelo aquecimento ou resfriamento. Essas propriedades fazem dos materiais ferroelétricos úteis em diversas aplicações, como em sensores de vibração mecânica, em máquinas de ultrassom médicas, ou sensores de fogo e variações de temperatura.