| A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 9. Física Nuclear |
|
Caracterização de microporos produzidos por rastos iônicos corroídos em polímeros |
|
| Adriana de Oliveira Delgado 1 |
| Márcia de Almeida Rizzutto 1 |
|
| (1. Instituto de Física da Universidade de São Paulo) |
|
|
| INTRODUÇÃO: |
Partículas energeticamente carregadas, ao atravessar um meio material, interagem com os constituintes atômicos do meio, transferindo-lhes energia e resultando em um rasto com moléculas danificadas. Esses rastos criados em membranas podem ser revelados. O processo de revelação consiste no uso de soluções químicas básicas que aumentam e tornam visíveis os danos gerados. Além de tornar os danos visíveis é possível corroer a membrana, atingida pelas partículas, ao longo do rasto criado pelas mesmas, gerando poros de diferentes formas e tamanhos e visando diversos usos e aplicações. Em especial, uma das áreas que se desenvolveu nos últimos anos é a produção de poros em polímeros, devido ao grande potencial econômico. A aplicação desses poros na fabricação de microfiltros já foi bastante desenvolvida , porém, novas idéias de aplicações em diferentes áreas como eletrônica, óptica e medicina têm surgido nos últimos anos e motivado o desenvolvimento avançado da técnica de produção de poros por feixes iônicos. As diferentes aplicações dependem da fabricação de membranas porosas, nas quais o tamanho e a densidade dos poros sejam características muito bem controladas. Essas características, por sua vez, dependem de parâmetros como os íons e polímeros utilizados, bem como condições de irradiação e corrosão. O processo de abertura dos poros é descrito por dois parâmetros característicos: velocidade de corrosão ao longo do rasto VT e velocidade de corrosão volumétrica VB. |
|
| METODOLOGIA: |
Para a construção dos poros utilizou-se detectores de CR-39, do tipo LANTRACK, de 9 mm de espessura. Esses detectores são altamente sensíveis à irradiação e comumente utilizados em dosimetria. As amostras de CR-39 foram irradiadas no acelerador Pelletron do Instituto de Física da Universidade de São Paulo com feixe de oxigênio de diferentes energias: 24, 32, 41 e 49 MeV e fluência de aproximadamente 106 ions/cm2. Após a irradiação as amostras foram mantidas em ambiente seco. Em seguida, essas amostras foram submetidas a etapa de corrosão. Para tanto, utilizou-se solução de NaOH 7,25 M à temperatura de 70 ºC. O controle da temperatura foi efetuado através de um banho térmico de glicerina, com a utilização de um termostato de precisão de 1 ºC. Além disso, tomou-se o cuidado de manter a solução em constante agitação, para evitar gradientes de concentração. Para cada valor de energia irradiada, as amostras foram corroídas com diferentes tempos, variando entre 0,3 e 2,0 horas, totalizando cerca de 6 a 8 amostras por valor de energia. A etapa seguinte consistiu na visualização e caracterização dos poros corroídos. Para isso utilizou-se um microscópio óptico Leitz Diaplan acoplado a um sistema de análise de imagens. Através desse sistema foi possível medir o comprimento e o diâmetro dos poros construídos, como função do tempo de corrosão, para as diferentes energias irradiadas e também foi possível determinar a densidade de poros obtidos. |
|
| RESULTADOS: |
Construindo o gráfico de diâmetro do poro em função do tempo de corrosão verificou-se que este aumenta linearmente com o tempo, conforme era esperado. Além disso, o coeficiente angular desse gráfico corresponde à velocidade de corrosão volumétrica vB. Obteve-se, para as energias de 24, 32, 41 e 49 MeV, valores de vB de 2,020(10); 2,252(12); 1,976(12) e 1,805(11) µm/h, respectivamente, não sendo possível estabelecer uma relação entre essa velocidade e a energia da irradiação, o que era esperado, visto que vB depende apenas do tipo de material e das condições de corrosão. Também foi construído o gráfico do comprimento dos poros em função do tempo de corrosão, onde verificou-se que este aumenta até atingir um patamar de saturação. O valor de VT corresponde à derivada da curva obtida, portanto, varia ponto a ponto e pode ser obtido graficamente. Os valores obtidos para os patamares de saturação foram 13,8(5); 23,4(5); 30,6(5) e 34,8(10) µm, para as diferentes energias irradiadas, sendo possível observar que a saturação do poro ocorre em um valor maior, quanto maior o valor da energia utilizada na irradiação. Essa saturação está associada ao alcance do íon 16O. Além dos resultados experimentais, utilizou-se o programa TRIM-98 para simular os alcances dos íons de 16O, obtendo-se alcances de 19, 27, 36 e 46 µm, para as energias de 24, 32, 41 e 49 MeV, respectivamente. |
|
| CONCLUSÕES: |
Dos gráficos de diâmetro em função do tempo de corrosão, conclui-se que VT é um parâmetro suscetível à pequenas variações das condições experimentais de corrosão, sendo necessário, portanto, um rigoroso controle destas. Já da análise do comprimento dos poros, percebe-se que este tem um valor máximo a ser atingido, que relaciona-se com o alcance do íon utilizado na irradiação do plástico. Comparando o valor de alcance simulado com o experimental, vê-se que o simulado é cerca de 20% maior que os alcances experimentais. Não foi possível explicar a diferença entre o resultado experimental e simulado, mas algumas hipóteses foram levantadas. Uma delas é a existência de uma energia mínima para que o poro seja corroído: ao atravessar o material, os íons vão perdendo energia e, portanto, no intervalo final da sua trajetória, o rasto formado pelo íon não seria corroído, pois a energia do mesmo seria insuficiente. Essa e outras hipóteses estão sendo estudadas.
|
|
Instituição de fomento: Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo - FAPESP
|
|
Trabalho de Iniciação Científica
|
|
Palavras-chave: rastos iônicos; microporos; CR-39. |
|
| Anais da 58ª Reunião Anual da SBPC - Florianópolis, SC - Julho/2006 |
|