Modificação superficial de filmes finos poliméricos por feixe de íons e tratamentos térmicos - Esteves, Christian Roberto Becker (2018)
Nesse trabalho foi investigada a modificação superficial por irradiação de íons e tratamento térmico de filmes finos de PMMA e PVC de diferentes espessuras (entre 2,5 e 290 nm) depositados sobre lâminas de Si. Três condições diferentes foram testadas: a) apenas tratamento térmico em câmara de vácuo em temperaturas entre 80 °C e 224 °C por até 72 h; b) efeito de irradiação com íons de alta energia (H+ de 2 MeV, Au+7 de 17 MeV e Bi+eq de 2,2 GeV) em temperaturas (-196 °C até 150 °C); c) irradiação com tratamento térmico em temperatura entre 80 °C e 224 °C com até 72 h de annealing. A aplicações de tratamento térmico, na maioria dos casos, não apresentaram alterações significativas na rugosidade e porosidade nos filmes com exceção de T=100 °C e longos tempos de tratamentos (72 h). Filmes de PMMA e de PVC irradiados com H+ apresentaram alisamento após altas fluências de irradiação provavelmente associadas ao aumento da mobilidade das cadeias devido às cisões induzidas pela irradiação. Já as irradiações de íons pesados de Au+7 e Bi+eq aumentaram fortemente a rugosidade dos filmes devido à elevada erosão provocada pelos íons. A irradiação com íons de Au+7 associadas à temperatura acima da temperatura ambiente contribuiu para o aumento da rugosidade, formando novos padrões de defeitos na superfície. Quando combinado a irradiação desses íons com a temperatura ocorre uma modificação no padrão das estruturas no filme, com o surgimento maior de ondas com baixa frequência espacial. Contudo, os efeitos de irradiações combinados com tratamento térmico apresentaram aumento da rugosidade para longos tempos de exposição, provavelmente ocasionados pelo aumento da mobilidade do polímero com o aumento de temperatura e o tempo. Medidas complementares de ângulo de contato indicaram maior molhabilidade para irradiações com H+, chegando a uma forte diminuição para íons de Bi+eq. Isso se deve às fortes modificações químicas são geradas por ambos os íons na estrutura do filme. Por fim, foi realizada uma análise do módulo de elasticidade pelas técnicas de nanoindentação e AFM para comparar com os dados obtidos entre ambas. As medidas obtidas pelo nanoindentador apresentaram grande influência do substrato, com valores superiores aos descritos na literatura, ao contrário ocorrido com o AFM, na qual apresentou valores similares à literatura. Os filmes de PVC apresentaram aumento no módulo de elasticidade com o aumento da fluência, já para os filmes de PMMA foi observado um efeito oposto, apresentando um decréscimo no módulo de elasticidade.