Modifica??o superficial de filmes finos polim?ricos por feixe de ?ons e tratamentos t?rmicos

Autor: Esteves, Christian Roberto Becker
Přispěvatelé: Papaleo, Ricardo Meurer
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2018
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)
instacron:PUC_RS
Popis: Nesse trabalho foi investigada a modifica??o superficial por irradia??o de ?ons e tratamento t?rmico de filmes finos de PMMA e PVC de diferentes espessuras (entre 2,5 e 290 nm) depositados sobre l?minas de Si. Tr?s condi??es diferentes foram testadas: a) apenas tratamento t?rmico em c?mara de v?cuo em temperaturas entre 80 ?C e 224 ?C por at? 72 h; b) efeito de irradia??o com ?ons de alta energia (H+ de 2 MeV, Au+7 de 17 MeV e Bi+eq de 2,2 GeV) em temperaturas (-196 ?C at? 150 ?C); c) irradia??o com tratamento t?rmico em temperatura entre 80 ?C e 224 ?C com at? 72 h de annealing. A aplica??es de tratamento t?rmico, na maioria dos casos, n?o apresentaram altera??es significativas na rugosidade e porosidade nos filmes com exce??o de T=100 ?C e longos tempos de tratamentos (72 h). Filmes de PMMA e de PVC irradiados com H+ apresentaram alisamento ap?s altas flu?ncias de irradia??o provavelmente associadas ao aumento da mobilidade das cadeias devido ?s cis?es induzidas pela irradia??o. J? as irradia??es de ?ons pesados de Au+7 e Bi+eq aumentaram fortemente a rugosidade dos filmes devido ? elevada eros?o provocada pelos ?ons. A irradia??o com ?ons de Au+7 associadas ? temperatura acima da temperatura ambiente contribuiu para o aumento da rugosidade, formando novos padr?es de defeitos na superf?cie. Quando combinado a irradia??o desses ?ons com a temperatura ocorre uma modifica??o no padr?o das estruturas no filme, com o surgimento maior de ondas com baixa frequ?ncia espacial. Contudo, os efeitos de irradia??es combinados com tratamento t?rmico apresentaram aumento da rugosidade para longos tempos de exposi??o, provavelmente ocasionados pelo aumento da mobilidade do pol?mero com o aumento de temperatura e o tempo. Medidas complementares de ?ngulo de contato indicaram maior molhabilidade para irradia??es com H+, chegando a uma forte diminui??o para ?ons de Bi+eq. Isso se deve ?s fortes modifica??es qu?micas s?o geradas por ambos os ?ons na estrutura do filme. Por fim, foi realizada uma an?lise do m?dulo de elasticidade pelas t?cnicas de nanoindenta??o e AFM para comparar com os dados obtidos entre ambas. As medidas obtidas pelo nanoindentador apresentaram grande influ?ncia do substrato, com valores superiores aos descritos na literatura, ao contr?rio ocorrido com o AFM, na qual apresentou valores similares ? literatura. Os filmes de PVC apresentaram aumento no m?dulo de elasticidade com o aumento da flu?ncia, j? para os filmes de PMMA foi observado um efeito oposto, apresentando um decr?scimo no m?dulo de elasticidade. In this work, the surface modification by ion irradiation and heat treatment of PMMA and PVC thin films with different thicknesses (between 2.5 and 290 nm) deposited on Si wafers was investigated. Three different conditions were tested: a) heat treatment in vacuum chamber with temperatures between 80 ?C and 224 ?C, up to 72 h ; b) high energy ions irradiation (2 MeV H+, 17 MeV Au+7 and 2.2 GeV Bi+eq) at temperatures that varied from -196 ?C to 150 ?C and c) ion irradiation associated with subsequent annealing at temperatures between 80 ?C and 224 ?C in times up to 72 h. Heat treatment by itself, in most cases, did not show any significant changes in the roughness and porosity of the films, save for T = 100 ?C and long treatment times (72 h). PMMA and PVC films irradiated with H+ underwent a smoothing process after high irradiation fluencies, probably because the chain motility was increased by irradiation-induced scission. However, irradiations with Au+7 and Bi+eq strongly increased the roughness of the films due to the high erosion caused by the ions. The irradiation with Au+7 ions associated with temperatures above room temperature contributed to the increase of the roughness, forming new surface defects patterns. When the ion irradiation is combined with the temperature, a modification in the pattern of the structures on the film occurs, with higher occurrence of waves with low spatial frequency. However, the effects of irradiation combined with heat treatment showed roughness increase for long exposure times, probably as a result of the polymer mobility increase with increasing temperature and time. Complementary contact angle measurements indicated higher wettability for H+ irradiations, reaching a strong decrease for Bi+eq ions, this is due to the strong chemical modifications that are generated in the structure of the film by both ions. Finally, an analysis of the modulus of elasticity was performed by nanoindentation and AFM techniques, in order to compare the data obtained by both techniques. The measurements obtained by the nanoindenter data showed great influence of the substrate, with values higher than those described in the literature, contrary to the AFM, in which similar values to the literature were found. The PVC films presented an increase in the elastic modulus with the increase of the fluence, but for the PMMA films the opposite effect was observed, presenting a decrease in the elastic modulus. Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES
Databáze: OpenAIRE
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