PREPARO DE FILMES CONTENDO ACETILACETONATO DE ALUMÍNIO. PREPARATION OF FILMS CONTAINING ALUMINIUM ACETYLACETONATE. Leonardo A. D. Bandeira, Elidiane Cipriano Rangel Campus de Sorocaba Engenharia de Controle e Automação leo_0bandeira@hotmail.com PIBIC- Reitoria/CNPq. Palavras-chave: acetilacetonato de alumínio, plasma, deposição Keywords: aluminium acetylacetonate, plasma, deposition RESUMO 1.INTRODUÇÃO O revestimento de materiais metálicos com filme de alumina têm atraído grande interesse científico devido às propriedades mecânicas e elétricas dos óxidos de alumínio cristalinos que são muito atrativas para diversos ramos tecnológicos e comerciais. Neste trabalho investigou-se a possibilidade de desenvolver uma nova metodologia para o processo de obtenção de filmes ou películas de alumina depositados em diferentes substratos a partir de plasmas de misturas de acetilacetonato de alumínio e argônio. Como o plasma é constituído por espécies reativas e energéticas, ele pode atuar como um catalisador do processo de formação das fases cristalinas, viabilizando a produção de alumina sobre substratos sensíveis a temperaturas elevadas. Com isto, pode-se dispensar o aquecimento resistivo das amostras, tornando o processo mais simples, barato e acessível a uma nova classe de substratos. 2. DISCUSSÃO TEÓRICA 2.1. Plasmas de Baixa Pressão Em Física, plasma é designado como o quarto estado da matéria.. Ele é definido como um gás consideravelmente ionizado, obtido quando um sistema gasoso recebe energia através de choques, altas pressões ou temperaturas, de reações nucleares ou campos elétricos. A maneira mais simples de se excitar e manter uma condição de plasma em laboratório é pela aplicação de campos elétricos a um gás. Gera-se uma diferença de potencial entre dois eletrodos imersos em um gás a baixa pressão. Os elétrons livres normalmente existentes no gás são acelerados e as colisões inelásticas entre estes e os átomos geram íons, radicais livres, elétrons e partículas em estados excitados, que co-existem na fase plasma. Como estas espécies são, de uma forma geral, reativas e energéticas, a exposição de uma superfície ao plasma altera suas propriedades. 2.2. Espectroscopia em infravermelho.
A espectroscopia de absorção no infravermelho é uma técnica poderosa para se analisar a estrutura química e composição de camadas orgânicas e inorgânicas. Isso acontece porque as ligações químicas possuem freqüências de vibrações específicas na mesma faixa utilizada na espectroscopia infravermelha. 2.3. Ângulo de contato A interação entre uma superfície e um determinado líquido pode ser estudada através da medida do ângulo de contato. Este é definido como o ângulo na intersecção entre um plano tangente à gota e a superfície onde o líquido se encontra depositado, e é determinado pelo balanço das tensões superficiais resultantes das interações entre as interfaces. 2.4. Perfilometria O perfilômetro é um instrumento utilizado para medir a espessura de uma estrutura, fornecendo informações sobre a dimensão da profundidade, sendo empregado na caracterização dos filmes. 3. METODOLOGIA, RESULTADOS E DISCUSSÕES O sistema empregado neste trabalho consiste basicamente em uma câmara de vácuo contendo dois eletrodos, sendo um deles utilizado para apoiar as amostras. Gases são injetados no sistema em uma baixa pressão e radiofreqüência é aplicada a um dos eletrodos para excitar o plasma. Diferentes materiais, como o vidro e o aço inox, foram utilizados como substratos nestes experimentos devido aos diferentes tipos de análises que foram realizadas. Os substratos foram submetidos a um processo de limpeza antes de serem usados na deposição. O eletrodo superior foi aterrado juntamente com as paredes do reator enquanto que a fonte de radiofrequência foi conectada ao eletrodo inferior.no eletrodo inferior, foi espalhado 0,8 g de acetilacetonato de alumínio em pó de modo a cobrir toda a área do substrato de modo uniforme. Subseqüentemente, o reator foi evacuado até uma pressão da ordem de 10-2 Torr (1,33 Pa). A pressão total do argônio no sistema foi mantida constante em aproximadamente 4,44x10-1 Torr (~ 59 Pa) enquanto que a potência do sinal de excitação aplicado ao eletrodo inferior foi variada de 50 a 300 W (13,56 MHz). A pressão total do sistema foi mantida em aproximadamente em 5x10-2 Torr (~ 60 Pa). O plasma foi então excitado pela aplicação de radiofreqüência (13,56 MHz) ao eletrodo inferior, onde se encontrava o pó, enquanto o superior e as paredes do reator foram mantidas aterradas. Este procedimento foi realizado por 5400 s. 3.1. Espessura
excitação do plasma. A Figura 01 representa a espessura do filme em função da potência do sinal de Figura 01. Os resultados da figura 01 revelam tendência geral de crescimento da espessura conforme aumenta-se a potência aplicada às amostras além de 100 W. Este resultado sugere que quanto maior a potência de excitação do plasma, maior será a energia cinética dos íons de argônio o que, conseqüentemente, aumentará a taxa de ablação da molécula precursora [KAKATI ET AL, 2010] para a fase plasma. 3.2. Estrutura e Composição Química Filmes A Fig. 02 apresenta os espectros de infravermelho dos filmes depositados em plasmas de diferentes pressões. A ausência de bandas de absorção nos espectros das amostras expostas a plasmas de 50 e 100 W revelam a não formação de uma camada, consistentemente com os resultados obtidos por perfilometria. Com o aumento da potência além de 100 W, nota-se o surgimento de bandas nos espectros dos filmes,relacionadas ao estiramento (2920 e 2870 cm -1 ) e a deformação (2930 cm -1 ) de grupos C-H. A presença de oxigênio é evidenciada pelo surgimento da banda relacionada a vibrações de grupos C=O (1520 cm -1 ). Grupos orgânicos também são responsáveis pelo surgimento de absorções em 1450 cm -1 ( C-H e C=O) e 1155 cm -1 (O-H em boemita). Observa-se também uma banda, para maiores potências, em torno de 850 cm -1, que é relacionada ao estiramento de ligações Al-O e uma banda um pouco menos intensa em torno de 680 cm -1 que está relacionada ao estiramento de Al-O em grupos de AlO 6.
Figura 02 Conforme observa-se no gráfico apresentado, o aumento de potência provocou um aumento na intensidade de todas as absorções, em conformidade com o aumento de espessura do filme. Os espectros obtidos das amostras submetidas à baixas potências não apresentam bandas proeminentes de composto químico porque a quantidade de composto presente na fase plasma é diretamente influenciada pela potência. 3.3. Ângulo de contato Os resultados de ângulo de contato adquiridos com água deionizada são apresentados na Figura 03 em função da potência do plasma de deposição. Figura 03 Nota-se que com o aumento da potência da radiofreqüência, o ângulo de contato aumenta, fazendo com que a superfície, altamente hidrofílica ( ~ 25 ) torne-se moderadamente hidrofílica ( ~ 60 ). O maior ângulo de contato acontece para a amostra exposta ao plasma de 250 W de potência, atingindo 63. O comportamento do ângulo de contato para diodometano em função da potência aplicada é apresentada na Figura 04. Figura 04 Conforme pode ser constatado nesta figura, há tendência geral de crescimento em com o aumento da potência. Pode-se observar pelo gráfico, o maior valor de ângulo de contato para o
diodometano aconteceu para a potência de 300 W e esse valor é um pouco maior que 45. Isso evidencia que a superfície resultante torna-se cada vez mais apolar à medida que a potência de deposição é aumentada. Este resultado, juntamente com o obtido para a água, reforçam a idéia de uma superfície com baixa energia de superfície e pouco reativa a outros materiais e meios. 4.CONCLUSÕES Observou-se que a potência de excitação do plasma é de fundamental importância para a estrutura dos filmes resultantes. De uma forma geral os filmes são receptivos a água e a diiodometano, sendo o grau de reatividade decrescente com a potência. Muito embora os filmes ainda sejam orgânicos, há perspectivas de diminuir a incorporação desta espécie com a adição de oxigênio ao plasma, estudo que será realizado para dar continuidade ao trabalho.