Dispositivos micromecânicos para caracterização de materiais: instrumentação e análise térmica de polímeros. - Alves, Gustavo Marcati Alexandrino (2018)
A miniaturização de elementos mecânicos como pontes e vigas por meio de processos de fabricação antes utilizados exclusivamente em microeletrônica, levou ao desenvolvimento de sensores físicos que hoje são onipresentes no dia-dia. Desses elementos, o cantilever, ou viga engastada, é a estrutura mais simples, porém, quando miniaturizado em escala micrométrica, suas propriedades mecânicas como frequência de ressonância e curvatura são muito sensíveis a eventos que ocorrem em sua superfície. Stresses superficiais mínimos, como aqueles gerados pela adsorção de monocamadas na superfície, causam deflexões em uma escala que é facilmente medida com técnicas relativamente simples. Além disso, a frequência de ressonância que é característica da estrutura, é proporcional à mudanças relativas de massa do dispositivo, sendo possível assim, a medida de massa em baixíssimas escalas. Nesse trabalho, estudou-se a utilização do microcantilever como uma plataforma para estudo de materiais, mais especificamente, materiais poliméricos. Depositando-se uma quantidade muito pequena de polímero na superfície de um microcantilever de silício, essa estrutura se curvará devido à diferenças nos coeficientes de expansão térmico entre os materiais. Medindo-se essa curvatura em função da temperatura, é possível detectar eventos térmicos que esse polímero venha sofrer. Esse efeito foi utilizado para estudar como a absorção de água afeta o evento térmico de transição vítrea do polímero PLGA. Observou-se que essa caracterização é muito mais rápida utilizando microcantilever se comparado às técnicas convencionais, além de ser também, muito sensível às variações de quantidade de água. Para a realização desses estudos, foi desenvolvido um sistema de medidas que utiliza pick-up de CDROM, retirada de um leitor comum, para medir a deflexão dos dispositivos. Esse tipo de arranjo é capaz de medir diferenças de nanômetros de deslocamento com um custo mínimo. Explorou-se a capacidade de controle de temperatura e leitura de deslocamento aplicando-se a técnica de modulação de temperatura nos estudos de eventos térmicos do PLGA. Observou-se que a modulação de temperatura é aplicável a esse tipo de medida e resultados muito semelhantes àqueles obtidos com técnicas convencionais são obtidos com uma quantidade muito menor de material. Como essas medidas foram realizadas utilizando sensores comerciais, realizamos a construção de matrizes de cantileveres no laboratório para demonstrar completo desenvolvimento desse tipo de plataforma de sensor. Empregando um polímero fotossensível relativamente novo para o desenvolvimento dessas matrizes, às utilizamos para caracterizações das propriedades mecânicas desse material.