Linhas de Pesquisa Desenvolvidas no LaFEA: Aspectos Experimentais e Aplicações Prof. Ana L. F. de Barros

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1 Linhas de Pesquisa Desenvolvidas no LaFEA: Aspectos Experimentais e Aplicações Prof. Ana L. F. de Barros Centro Federal de Educação Tecnológica /CEFET-RJ, Rio de Janeiro, RJ, Brazil. 1

2 Linhas de Pesquisa Física da Sonoluminescência- LaFEA- CEFET Processos de Deposição de Filmes Finos de Nano- Compostos - UTD, FEP e CEFET Espectrometria de Massa por Tempo de Vôo TOF-MS, Queen s University, UFRJ e LNLS Gelos Astrofísicos: Ênfase em gelo de água PUC França - Caen 2

3 Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca Profa. Ana Lucia F. de Barros Física da Sonoluminescência Leandro Santos (5º Elétrica) atual 3

4 1. O que é a Sonoluminescência? Sonoluminescência de uma única bolha (SBSL) é um fenômeno onde energia sonora é convertida em luz. O efeito de SL ocorre com uma onda de som dentro de um Líquido (água, ácidos, bases, etc). A bolha gasosa sonoluminescente é um oscilador não linear, concentrando uma grande energia sonora de tal forma a emitir fótons. Da esquerda para a direita: aparição da bolha; expansão lenta; rápida contração e emissão da luz Seminário PPEL 16/04/09 4 www. wikipedia.org

5 2. Motivação Vários ramos da física (mec.fluidos, acústica, termodinâmica, estabilidade dinâmica, interação: radiação/matéria), e química. É um dos fenômenos mais não lineares e de maior concentração de energia que se conhece. Aplicações em catálise de reações químicas. Interior da bolha: T ~ 10 4 K Choques, plasmas, ionização, radiação Bremsstrahlung são prováveis de ocorrer durante o fenômeno. Seminário PPEL 16/04/09 5 PUTTERMAN, Seth J. Sonoluminescence: Sound into Light. Scientific American, Fevereiro 1995

6 3. Aparato Experimental Um Gerador de Funções Senoidais; Um Amplificador de Potência (40W 120W); Transdutores Piezo-Elétricos (PZT); Um Ressonador (cilíndrico ou esférico); Um Circuito Elétrico; Uma Foto-Multiplicadora (PMT). 6

7 Como obter o Fenômeno da Sonoluminescência? 7

8 3.1 Os Ressonadores Ressonador: são frascos de Pyrex ou quartzo de 100 ml com pescoço pequeno. Transdutores: dois discos PZT's de Cerâmica de 1,9 cm de diâmetro, 0,3 cm de espessura. Um disco de 0,40 cm de diâmetro, 0,14 cm de espessura; Microfone/Hidrofone: é um piezo no qual a pressão acústica aplicada gera um sinal elétrico. 8

9 3.4 O Sistema de Gases e Manipulação de Ácidos Deionizador Bomba de vácuo Bastão magnético (misturar água + gases). Capela p/preparo dos ácidos 9

10 4. Criando e Aprisionando a Bolha Filamento: corrente de poucos ampères. Desvantagem: esquenta a água Seringa: Injetar ar diretamente Desvantagem: cria muito ar no sistema Mantendo a Bolha Aprisionada Fotomultiplicadora 10

11 5. Observando SBSL Criação da Bolha: Sistema de Ressonador Aberto; Manualmente: usando uma seringa. Sinal Obtido: Microfone Freqüência: 25,43 khz; Sinal pico-a-pico: ~ 380 mv. Foto Multiplicadora Freqüência: 25,43 khz; Sinal pico-a-pico: ~ 32 mv. A. L. de Barros, T. Kodama e B. Lesche, Observation of Single Buble Sonoluminscence Light XXI Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada (1999) 11

12 Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca Profa. Ana Lucia F. de Barros Prof. Ralph Schmittgens (Technische Universität Dresden) Prof. Dr. Eberhard Schultheiß Instituto de Eletrônica do Estado Sólido (IFE) da Universidade Técnica de Dresden (TUD) e Instituto Fraunhofer de Tecnologia de Feixe de Elétrons e de Plasma (FEP) Deposição de Filmes Finos atual Lucas Vignoli (IC- 5º mecânica) Igor Fita (IC- 5º mecânica) Rafael Ricardo (IC- 6º mecânica) 12

13 Implementação Prática de Processos de Deposição a Vácuo Especialização para engenheiros dos cursos de pós graduação e alunos de graduação, com ênfase em eletro-técnica, eletrônica e telecomunicações, e de Engenharia Industrial de Controle e Automação; Promover a qualificação de engenheiros: Perspectiva de interação com a indústria brasileira; Criação de um centro de experimentos aplicados nos processos de filmes finos; Intercâmbio entre o CEFET/RJ, o Fraunhofer Institute for Electron Beam and Plasma Technology e a Universidade Técnica de Dresden 13

14 Motivação Microscopia eletrônica Diodo orgânico emissor de luz. Lynn A. Peyser, et al., Science 291, 103 (2001) L. Armelao et al., Chem. Mater. 17, p.1450 (2005) Conceitos de Deposição de nano-compostos Fabricação de Nano-partículas por Processos de Plasma Etiquetas Holográficas Domínio das nano-tecnologias : em microeletrônica (portões dielétricos, dispositivos de memória) ou energia (células solares, materiais termoelétricos). Importante para a elaboração de produtos avançados como monitores planos (OLED, LCD, plasma) e gravação de dados (HD, CD, DVD). 14

15 Aplicações Nanotecnologia: Novos materiais com melhores ou novas propriedades: mecânica, otica, elétrica, magnética e química Classes de Materiais: Nanocompostos inorgânicos e polímeros Tecnologia: Deposição de filmes finos Uso das vantagens de métodos básicos de vácuo para criar nano-compostos Fabricar novos materiais e combinar materiais Criar novas funcionalidades 15

16 Conceitos Básicos Criar Ferramentas para: Resistor de filme fino Depositar nanopartículas de tamanhos, distribuições e materiais ajustáveis; Diferentes tipos de substratos semicondutores (1-octadeceno coberto por Si tipo-n e Si tipo-p) Depósito de filmes finos em um material matriz de interesse tecnológico. 16

17 Sputtering Magnético Deposição de Filmes Finos Evaporação Térmica de Elétrons PVD- Physical Vapor Deposition Um filme é formado por atomos diretamente transportados por uma fonte do substrato na fase gasosa. Evaporação: Evaporação Térmica Evaporação por feixe de elétrons Sputtering Sputerring DC Magnetron Sputtering DC RF Sputerring PVD Reativo Deposição por Pulverização Catódica17

18 Deposição de Filmes Finos Deposição por Pulverização Catódica 18

19 Deposição de Filmes Finos CVD- Chemical Vapor Deposition Um filme é formado por reações químicas na superfície do substrato. CVD de Baixa Pressão: (LPCVD) Polimerização de Plasma/PECVD CVD de Plasma Reforçado Plasma Enhanced (PECVD) CVD de Pressão Atmosférica (APCVD) CVD de Metal Orgânico (MOCVD) Metal-Organic Chemical Vapour Deposition 19

20 Deposição Reativa Ativada por Plasma de Alta Taxa Substrato Partículas Ionizadas e Excitadas Reação Química Zona de Plasma Ionização Excitação Partículas Neutras e Não-excitadas Evaporador Evaporação Depósito de Titânio sem Plasma Depósito no Plasma de uma camada de Titânio 20

21 Construir: Painéis a Toque Camada de ITO (Óxido de Índio e Estanho) no filme plástico: como um eletrodo fexível e transparente para Painéis a Toque (Electrode for Touch Panel) Resistência 500 Transmissão Óptica 80% 21

22 Deposição de MgO Princípio do PDP (plasma display panel) Emissão de Luz VIS Electrodos Camada dielétrica Camada MgO Barreira ribs Fosforo Electrodos de endereçamento Painel frontal Descarga gás de radiação UV Painel de trás 22

23 Deposição em Redes Plásticas e Folhas Aplicações Optical coatings p/ janelas de carros Barrier coatings P/ empacotamento Scratch and Abrasion resistant coatings Camadas transparentes condutoras para displays e aparelhos celulares Camada de alto indíce refrativo para anti-counterfeiting on top of holograms (credit cards, banknotes, product labels) Tecnologia CIS Foto-voltaíca Evaporação reativa ativa por plasmas Sputtering DC Magnético Duplo 23

24 Métodos Avançados de Deposição à Vácuo Equipamento de Deposição no CEFET O HHV Auto500 sistema de deposição polivalente: 24

25 Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca Profa. Ana Lucia F. de Barros (CEFET-RJ) Prof. Enio F. Frota (PUC-Rio) Dr. Philippe Boduch (GANIL-França) Dr. Hermann Rothard (GANIL-França) Gelos Astrofísicos Acelerador de Íons Pesados Xu- Yang (doutorando Caen ) Christian F. (doutorando PUC- 2009) UMA VAGA PARA ESTE ANO!!! ENVIEM SEUS CURRÍCULOS!! 25

26 Gelos Astrofísicos 26

27 - O que são Gelos Astrofísicos? 27

28 Aparato Experimental 28

29 O que ocorre com o gelo? H 2 O N 0 CO CO 2 N (molecules/cm 2 )

30 Processo de Colisão O +6 Beam sputtering H 2 O CO N destruição / dissociação formação CO 2

31 Experimentalmente obtemos... Y S H 2 O CO destruction yield H 2 O CO CO 2 CO 2 Measured: N formation yield N Y NET = N N = Y f Y d Ys (1 projectile) (If, Y )

32 Absorbance FTIR Spectra C 4 O 2 C 3 O 2 C 5 O CO 2 Depois O 3 C 3 C 5 O 2 13 CO 2 OC 18 O C 3 O 2 C 5 O, O 3 OCC 13 CO 13 CO; Antes C 18 O; CO 2 L C 17 O; Wavenumber(cm -1 ) Dependence of Absorbance on IR wave number 32

33 Aguardo voces na IC!! Agradecimentos CAPES, COFECUB, CEFET-RJ, CNPq 33