O Microscópio de Força Atômica foi usado para investigar interações de força de adesão na nano-escala entre superfícies sólidas, através de medidas de curvas de força em dois ambientes: em ar e em água. As medidas de curva de força adquiridas em ar quantificaram as forças de adesão devido a componente capilar, que surge da camada de água adsorvida na superfície da amostra. Os valores médios da força de adesão para o quartzo, silício e mica foram de: 20 nN; 23 nN e 32 nN, respectivamente. As medidas realizadas em água detectaram a força de adesão devido somente as forças de van der Waals, na ausência de cargas eletrostáticas, apresentando os seguintes resultados: 6nN, 6nN e lnN, para as amostra de quartzo, silício e mica, respectivamente. Esta análise revelou para os materiais utilizados nesse trabalho, que na nanoescala, são as condições ambientais, e não as propriedades do material que desempenha um papel mais importante nas interações adesivas entre sólidos. A caracterização da força de adesão em sólidos foi obtida através de 20 medidas realizadas no mesmo ponto, em 5 pontos distintos na mesma região e em 3 regiões distintas da amostra. Isto possibilitou investigar a variabilidade das forças de adesão na superfície em estudo, mostrando que a nano-adesão varia com a topografia e com as condições físicas locais. Mapas de adesão foram utilizados para caracterizar a heterogeneidade de superfícies atomicamente planas (mica) e superfícies rugosas (quartzo) / The atomic force microscopy was used to investigate adhesion force interactions at the nanoscale leveI between solid surfaces through force curve measurements in air and water. Curve force measurements acquired in air quantified the adhesion forces due to the capillary effect coming from the adsorbed liquid layer on to the sample surface. The average values of adhesion force to quartz, silicon and mica were 20 nN, 23nN and 32 nN, respectively. The measurements in water detected only the adhesion force due to van de Waals forces, presenting the following values: 6nN (quartz); 6nN (silicon); and InN (mica).This investigation revealed that at the nanoscale the ambient condition, and not the material properties, pave the role in the adhesive interaction between solid surfaces in the materials investigated. The characterization of adhesion force in solids was obtained throughout 20 measurements at the same point, made in 5 distinct points of the same region, and in 3 different regions of the samples. With that it was possible to explore the variability of the adhesion forces on the surface, showing that a nano-adhesion varies with both the topography and the local physical conaitions of the substrates. Adhesion maps were used to characterize the heterogeneity of atomically planar surfaces (mica) and rough surfaces (quartz)

O Microscópio de Força Atômica foi usado para investigar interações de força de adesão na nano-escala entre superfícies sólidas, através de medidas de curvas de força em dois ambientes: em ar e em água. As medidas de curva de força adquiridas em ar quantificaram as forças de adesão devido a componente capilar, que surge da camada de água adsorvida na superfície da amostra. Os valores médios da força de adesão para o quartzo, silício e mica foram de: 20 nN; 23 nN e 32 nN, respectivamente. As medidas realizadas em água detectaram a força de adesão devido somente as forças de van der Waals, na ausência de cargas eletrostáticas, apresentando os seguintes resultados: 6nN, 6nN e lnN, para as amostra de quartzo, silício e mica, respectivamente. Esta análise revelou para os materiais utilizados nesse trabalho, que na nanoescala, são as condições ambientais, e não as propriedades do material que desempenha um papel mais importante nas interações adesivas entre sólidos. A caracterização da força de adesão em sólidos foi obtida através de 20 medidas realizadas no mesmo ponto, em 5 pontos distintos na mesma região e em 3 regiões distintas da amostra. Isto possibilitou investigar a variabilidade das forças de adesão na superfície em estudo, mostrando que a nano-adesão varia com a topografia e com as condições físicas locais. Mapas de adesão foram utilizados para caracterizar a heterogeneidade de superfícies atomicamente planas (mica) e superfícies rugosas (quartzo) / The atomic force microscopy was used to investigate adhesion force interactions at the nanoscale leveI between solid surfaces through force curve measurements in air and water. Curve force measurements acquired in air quantified the adhesion forces due to the capillary effect coming from the adsorbed liquid layer on to the sample surface. The average values of adhesion force to quartz, silicon and mica were 20 nN, 23nN and 32 nN, respectively. The measurements in water detected only the adhesion force due to van de Waals forces, presenting the following values: 6nN (quartz); 6nN (silicon); and InN (mica).This investigation revealed that at the nanoscale the ambient condition, and not the material properties, pave the role in the adhesive interaction between solid surfaces in the materials investigated. The characterization of adhesion force in solids was obtained throughout 20 measurements at the same point, made in 5 distinct points of the same region, and in 3 different regions of the samples. With that it was possible to explore the variability of the adhesion forces on the surface, showing that a nano-adhesion varies with both the topography and the local physical conaitions of the substrates. Adhesion maps were used to characterize the heterogeneity of atomically planar surfaces (mica) and rough surfaces (quartz)

COSTA, Erivelton Façanha da. Estudo das propriedades mecânicas de misturas asfálticas por microscopia de força atômica. 2011. 131 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-05T21:11:07Z No. of bitstreams: 1 2011_tese_efcosta.pdf: 9690898 bytes, checksum: 515b97b02ebfcf8c3652b217cd15491b (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-07T16:57:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_tese_efcosta.pdf: 9690898 bytes, checksum: 515b97b02ebfcf8c3652b217cd15491b (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-07T16:57:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_tese_efcosta.pdf: 9690898 bytes, checksum: 515b97b02ebfcf8c3652b217cd15491b (MD5) Previous issue date: 2011 / The rheological study of asphalt binders is of great importance for determining its performance in paving construction. Usually, rheological parameters are obtained by a Dynamic Shear Rheometer (DSR). The aim of this work is to study the rheological properties of bitumen using an Atomic Force Microscope (AFM). So, a computational tool caled FVLOAD was used for imaging processing. Five kinds of mathematical models were used in order to analise the force curves colected through AFM: the slope analysis, the Young´s model, the adesion model, the FIEL model (Force Integration to Equal Limits) and the work difference model. Three samples were studied: pure bitumen 50/70, bitumem 50/70 doped with 4% of EVA and bitumem 50/70 doped with 4,5% of SBS. Very thin lms of these materials were prepared on glass slides and lead to an AFM for imaging. The area studied on the sample surface was of 50 m x 50 m. There were colected 1024 force curves for each image. The indentations were carried out in four frequencies: 0,5 Hz, 5 Hz, 14 Hz e 28 Hz. The curves colected were analyzed with the FVLOAD program and once the elastic properties were calculated, they were compared to those obtained in the Dynamic Shear Rheometer. / O estudo reológico do Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) é de fundamental importância para a determinação de sua performance na fabricação de estradas. Usualmente os parâmetros reológicos deste tipo de material são obtidos em ensaios dinâmicos através de um reômetro de cisalhamento. O presente trabalho tem por objetivo estudar as propriedades reológicas do CAP através da técnica de espectroscopia de força utilizando um microscópio de força atômica. Para isso, foi utilizada uma ferramenta computacional desenvolvida para o processamento das imagens de microscopia de força chamada de FVLOAD. Cinco análises foram realizadas com os dados das curvas de força: análise de slope, análise do módulo elástico ou módulo de Young, análise de adesão do filme de CAP, análise FIEL (Force Integration to Equal Limits), Work Difference e Adesão. Três amostras foram utilizadas neste estudo: CAP puro 50/70, CAP com 4% de EVA e CAP com 4,5% de SBS. Filmes dos três tipo de CAP foram confeccionados em lamínulas de vidro e levados ao microscópio de força atômica para obtenção dos dados das curvas de força sobre uma área de 50 μm x 50 μm. Para cada imagem foram coletadas 1024 curvas de força. As indentações com a sonda AFM foram executadas em quatro frequências: 0,5 Hz, 5 Hz, 14 Hz e 28 Hz. Finalizadas as aquisições de dados, estes foram processados no programa FVLOAD. Extraído o módulo elástico das amostras em cada frequência, os dados foram comparados com aqueles obtidos em ensaios dinâmicos através do reômetro de cisalhamento dinâmico.