Este trabalho apresenta um estudo sobre a obtenção de filmes de TiO2 cristalinos e com propriedades fotoinduzidas, utilizando tecnologias de plasma, sobre substratos de aço carbono AISI 1015. É bem conhecido que a nitretação a plasma contribui para aumentar a adesão de filmes e a resistência à corrosão de substratos metálicos. No entanto, os estudos sobre propriedades fotocatalíticas do TiO2 sobre substratos de aço não investigam o uso de aço carbono nitretado. O principal objetivo deste trabalho é investigar a deposição de filmes de TiO2 fotocatalíticos sobre aço carbono nitretado a plasma, obtido através de um tratamento duplex que envolve a nitretação a plasma e a subsequente deposição por pulverização catódica (sputtering). Para tanto, o processo de pesquisa foi dividido em duas partes: (i) determinação de condições de deposição apropriadas para a obtenção de filmes cristalinos de TiO2 semicondutor, utilizando as técnicas de deposição a plasma conhecidas por magnetron sputtering convencional (MS) e triodo magnetron sputtering (TMS). (ii) Estudo dos processos fotoinduzidos dos filmes cristalinos de TiO2 semicondutor sobre amostras de aço carbono AISI 1015 nitretadas e não nitretadas a plasma. Na primeira etapa os filmes foram depositados em vidro para determinação da composição química por espectrometria de retroespalhamento de Rutherford (RBS) e da energia de band gap ótico (Tauc plot). As amostras foram caracterizadas por difração de Raios X (DRX), perfilometria, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia de força atômica (AFM). A fotoatividade dos filmes foi avaliada através do efeito de hidrofilicidade fotoinduzida por meio do monitoramento da molhabilidade das superfícies e do efeito de fotocatálise heterogênea por meio da degradação do corante azul de metileno (AM). Os filmes de TiO2 cristalinos obtidos sobre vidro foram depositados pelas técnicas de sputtering reativo (MS e TMS) com alvo em modo óxido e apresentaram predominantemente a fase anatase A(101) com energias de band gap em torno de 3,4 eV. Sobre os substratos de aço, foram realizadas deposições por TMS com alvo em modo óxido, pressão de 7,1 mTorr (10,6 sccm O2 / 3,2 sccm Ar), potência de 475 W e temperatura do substrato em 290 C durante 120 minutos. Em substratos de aço não nitretados, somente a fase anatase A(101) é obtida. Os pré-tratamentos de nitretação a plasma (80%N2/20%H2 e 20%N2/80%H2, 2,0 Torr, 5,0 horas, 350 C) aumentam a rugosidade do substrato e exercem um papel importante no crescimento do filme de TiO2, favorecendo o crescimento da fase rutile. A modificação da rugosidade da superfície do substrato pelo pré-tratamento de nitretação a plasma afeta a molhabilidade dos filmes não fotoativados de TiO2. Todos os filmes cristalinos de TiO2 depositados sobre o aço tornam-se superhidrofílicos sob a irradiação ultravioleta e permanecem neste estado por pelo menos 24 horas. O filme de TiO2 depositado sobre o substrato de aço não nitretado apresenta um desempenho fotocatalítico ligeiramente superior aos filmes de TiO2 depositados sobre os substratos de aço pré-nitretados a plasma.

Com o aumento da expectativa de vida da população mundial há uma tendência crescente de incorporar dispositivos artificiais no corpo humano. Portanto, a necessidade de buscar o melhor desempenho de biomateriais tem focado fortemente a atenção para projetar e fabricar dispositivos médicos com diversos tipos de materiais. Nesse contexto, a utilização de telas de polipropileno (PP) para o tratamento de hérnias e de grandes defeitos abdominais tem aumentado de forma significativa, e apesar da disseminação contínua do seu uso, as telas disponíveis não podem ser consideradas ideais, em face às possíveis reações orgânicas do hospedeiro ao material, provocando complicações infecciosas que ocorrem em até 8% dos casos, trazendo graves consequências físicas e psicológicas nestes pacientes. A técnica de deposição a plasma frio é uma ferramenta que permite alterar a característica superficial da tela sem comprometer suas propriedades físicas e mecânicas. Utilizando a técnica de magnetron sputtering foi possível modificar a superfície das telas de PP através do revestimento com filmes finos de DLC dopados com nanopartículas de prata. O recobrimento com filmes finos nanoestruturados ou nanopartículas, acrescenta novas características ao material, tais como: modificação da topografia, morfologia, estrutura e físico-química da superfície do material, bem como a inserção da ação antimicrobiana para diferentes tipos de bactérias e fungos devido a presença da prata. A inclusão da ação antimicrobiana às telas cirúrgicas pode diminuir a incidência de complicações infecciosas, e a presença do DLC possivelmente facilite o processo de reparação tecidual e cicatrização, minimizando efeitos adversos e sendo portanto fortemente indicado para aplicação industrial.

A molhabilidade é uma propriedade de superfície que depende de fatores químicos e físicos. Entre as várias técnicas que permitem ajustar a molhabilidade, pode-se citar os tratamentos por plasma e ultravioleta de vácuo (VUV), a enxertia e a deposição física de vapor. Dependendo da técnica escolhida e dos parâmetros de tratamento, pode-se obter superfícies hidrofílicas, hidrofóbicas ou superhidrofóbicas. O objetivo deste trabalho é obter superfícies hidrofílicas, hidrofóbicas e superhidrofóbicas a partir da modificação da molhabilidade do polipropileno (PP). Para isso, amostras de PP foram primeiramente funcionalizadas com oxigênio via tratamento por plasma ou ultravioleta de vácuo. Estas amostras foram enxertadas com o silsesquioxano poliédrico oligomérico-isotiocianato (POSS-NCS). Por último, estas superfícies foram recobertas com grupos fluorados via evaporação de politetrafluoretileno (PTFE). Os resultados mostram que a superfície das amostras tratadas por plasma/VUV e enxertadas apresentam estruturação de ordem nanométrica. O valor mais baixo para o ângulo de contato em água foi de 24º, obtido após 15 min de tratamento por plasma, e o valor mais alto foi de 163º, obtido após 25 min de evaporação de PTFE sobre a superfície enxertada com POSS-NCS na amostra tratada por plasma durante 20 min. Esta amostra possui baixa histerese angular (~5º), associada ao efeito auto-limpante. / The wettability is a surface property that depends on chemical and physical factors. Among the various techniques which allow tuning of wettability, can be mentioned plasma and vacuum ultraviolet (VUV) treatments, grafting and physical vapor deposition. Depending on the technique used and the treatment parameters can be obtained hydrophilic, hydrophobic or superhydrophobic surfaces. The aim of this work is to obtain hydrophilic, hydrophobic and superhydrophobic surfaces from the modification of the wettability of polypropylene (PP). To achieve this, PP samples were first functionalized via oxygen plasma treatment or vacuum ultraviolet. These samples were grafted with polyhedral oligomeric silsesquioxane-isothiocyanate (POSS- NCS). Finally, these surfaces were coated with fluorinated groups via evaporation of polytetrafluoroethylene (PTFE). The results show that the sample surface treated by plasma/VUV and grafted present structuring of nanometric order. The lower value for the water contact angle was 24º, obtained after 15 min of plasma treatment, and the highest value was 163º, obtained after 25 min of evaporation of PTFE on the surface grafted with POSS-NCS in the sample treated by plasma for 20 min. This sample has low angular hysteresis (~ 5º) which is associated with this self-cleaning effect.

A molhabilidade é uma propriedade de superfície que depende de fatores químicos e físicos. Entre as várias técnicas que permitem ajustar a molhabilidade, pode-se citar os tratamentos por plasma e ultravioleta de vácuo (VUV), a enxertia e a deposição física de vapor. Dependendo da técnica escolhida e dos parâmetros de tratamento, pode-se obter superfícies hidrofílicas, hidrofóbicas ou superhidrofóbicas. O objetivo deste trabalho é obter superfícies hidrofílicas, hidrofóbicas e superhidrofóbicas a partir da modificação da molhabilidade do polipropileno (PP). Para isso, amostras de PP foram primeiramente funcionalizadas com oxigênio via tratamento por plasma ou ultravioleta de vácuo. Estas amostras foram enxertadas com o silsesquioxano poliédrico oligomérico-isotiocianato (POSS-NCS). Por último, estas superfícies foram recobertas com grupos fluorados via evaporação de politetrafluoretileno (PTFE). Os resultados mostram que a superfície das amostras tratadas por plasma/VUV e enxertadas apresentam estruturação de ordem nanométrica. O valor mais baixo para o ângulo de contato em água foi de 24º, obtido após 15 min de tratamento por plasma, e o valor mais alto foi de 163º, obtido após 25 min de evaporação de PTFE sobre a superfície enxertada com POSS-NCS na amostra tratada por plasma durante 20 min. Esta amostra possui baixa histerese angular (~5º), associada ao efeito auto-limpante. / The wettability is a surface property that depends on chemical and physical factors. Among the various techniques which allow tuning of wettability, can be mentioned plasma and vacuum ultraviolet (VUV) treatments, grafting and physical vapor deposition. Depending on the technique used and the treatment parameters can be obtained hydrophilic, hydrophobic or superhydrophobic surfaces. The aim of this work is to obtain hydrophilic, hydrophobic and superhydrophobic surfaces from the modification of the wettability of polypropylene (PP). To achieve this, PP samples were first functionalized via oxygen plasma treatment or vacuum ultraviolet. These samples were grafted with polyhedral oligomeric silsesquioxane-isothiocyanate (POSS- NCS). Finally, these surfaces were coated with fluorinated groups via evaporation of polytetrafluoroethylene (PTFE). The results show that the sample surface treated by plasma/VUV and grafted present structuring of nanometric order. The lower value for the water contact angle was 24º, obtained after 15 min of plasma treatment, and the highest value was 163º, obtained after 25 min of evaporation of PTFE on the surface grafted with POSS-NCS in the sample treated by plasma for 20 min. This sample has low angular hysteresis (~ 5º) which is associated with this self-cleaning effect.

A molhabilidade é uma propriedade de superfície que depende de fatores químicos e físicos. Entre as várias técnicas que permitem ajustar a molhabilidade, pode-se citar os tratamentos por plasma e ultravioleta de vácuo (VUV), a enxertia e a deposição física de vapor. Dependendo da técnica escolhida e dos parâmetros de tratamento, pode-se obter superfícies hidrofílicas, hidrofóbicas ou superhidrofóbicas. O objetivo deste trabalho é obter superfícies hidrofílicas, hidrofóbicas e superhidrofóbicas a partir da modificação da molhabilidade do polipropileno (PP). Para isso, amostras de PP foram primeiramente funcionalizadas com oxigênio via tratamento por plasma ou ultravioleta de vácuo. Estas amostras foram enxertadas com o silsesquioxano poliédrico oligomérico-isotiocianato (POSS-NCS). Por último, estas superfícies foram recobertas com grupos fluorados via evaporação de politetrafluoretileno (PTFE). Os resultados mostram que a superfície das amostras tratadas por plasma/VUV e enxertadas apresentam estruturação de ordem nanométrica. O valor mais baixo para o ângulo de contato em água foi de 24º, obtido após 15 min de tratamento por plasma, e o valor mais alto foi de 163º, obtido após 25 min de evaporação de PTFE sobre a superfície enxertada com POSS-NCS na amostra tratada por plasma durante 20 min. Esta amostra possui baixa histerese angular (~5º), associada ao efeito auto-limpante. / The wettability is a surface property that depends on chemical and physical factors. Among the various techniques which allow tuning of wettability, can be mentioned plasma and vacuum ultraviolet (VUV) treatments, grafting and physical vapor deposition. Depending on the technique used and the treatment parameters can be obtained hydrophilic, hydrophobic or superhydrophobic surfaces. The aim of this work is to obtain hydrophilic, hydrophobic and superhydrophobic surfaces from the modification of the wettability of polypropylene (PP). To achieve this, PP samples were first functionalized via oxygen plasma treatment or vacuum ultraviolet. These samples were grafted with polyhedral oligomeric silsesquioxane-isothiocyanate (POSS- NCS). Finally, these surfaces were coated with fluorinated groups via evaporation of polytetrafluoroethylene (PTFE). The results show that the sample surface treated by plasma/VUV and grafted present structuring of nanometric order. The lower value for the water contact angle was 24º, obtained after 15 min of plasma treatment, and the highest value was 163º, obtained after 25 min of evaporation of PTFE on the surface grafted with POSS-NCS in the sample treated by plasma for 20 min. This sample has low angular hysteresis (~ 5º) which is associated with this self-cleaning effect.

Neste trabalho, são apresentados os detalhes do projeto, da construção e do desenvolvimento de um laser de CO2 de alto fluxo. O trabalho surgiu de necessidades específicas do Laboratório de Desenvolvimento de Aplicações de Laser e Óptica (DedALO) da Divisão de Fotônica do IEAv, onde é necessário um laser de CO2 contínuo, com potência da ordem de 1 kW e que possa ser operado como amplificador de um oscilador pulsado de baixa potência, para aplicações em processamento de materiais, propulsão a laser e evaporação de metais utilizados nos projetos de separação isotópica. Por meio de estudos teóricos e observações práticas, procurou-se reunir o maior número de dados disponíveis para a montagem de lasers de CO2 de alto fluxo. São apresentados os detalhes de projeto da cavidade ressonante, do trocador de calor, resistor ballast, sistema de vácuo, sistema elétrico e sistema de fluxo. São também descritos os componentes, a sua montagem, técnicas de alinhamento de espelhos, medição de potência e de fluxo. Com o primeiro protótipo foram obtidos 200 W de potência contínua, uma eficiência de conversão de energia elétrica em óptica de 13%, quando operando com uma pressão ótima de 24 Torr (3200 Pa) de uma mistura padrão de 10% de CO2, 10% de N2, 80% de He, com uma vazão de 0,121 m3/s. Estes resultados são comparados com os previstos pelos modelos utilizados e é verificada uma boa concordância entre eles.

Este trabalho explora a implementação, caracterização e aplicação de um reator constritivo para geração de um jato de plasma de hexafluoreto de enxofre (SF6) operado em alto vácuo para corrosão de silício. Este sistema possibilita uma alta fragmentação do gás de trabalho ocasionando em uma alta concentração de flúor atômico (F) no volume da descarga. Tal densidade de F foi medida com auxilio da técnica de espectroscopia ótica de emissão através do método de actinometria. As análises foram realizadas para diferentes fluxos de SF6 e suas misturas como os gases O2 e Ar e distâncias entre a fonte do jato de plasma e o porta substrato (1-10 cm), para valores fixos de pressão na câmara de expansão (3,2 mTorr), campo magnético (7,2 mT) e potência de radiofreqüência (150W). Estas análises visam o estabelecimento de condições ótimas de processo onde a concentração de F é máxima. Posteriormente as amostras de Si foram corroídas e caracterizadas quanto a taxa de corrosão, anisotropia, uniformidade e rugosidade através do uso das técnicas de microscopia eletrônica de varredura e perfilometria óptica. Os resultados obtidos pela espectroscopia óptica indicaram altas intensidade de flúor para os plasmas gerados com as misturas de gases SF6/O2 e SF6/Ar para distancia de 1 cm, sendo que a mistura SF6/O2 produziu valores mais elevados, da ordem de 1.4x103 u.a. Através do método de actinometria foi determinada a densidade de F que variou de (0,6 - 2,5) x 1019 m-3 (correspondente a 6-25% do volume total dos gases na descarga) para os parâmetros de plasma investigados. Este resultado é comparável com as tecnologias atuais de corrosão como o ICP. As análises de perfilometria indicaram altas taxas de corrosão, que variaram de (0,2-1,4) m/min. possibilitando uma profundidade de corrosão igual a 10 m para algumas condições em um tempo de aproximadamente 7 minutos, tempo bem abaixo dos registrado em corrosões de Si com reatores convencionais como o RIE. As análises também indicaram bons valores de anisotropia (>0,85), boa uniformidade (0,01-0,14) e baixa rugosidade (25-372) utilizando-se plasmas de SF6/O2. Tais características não foram alcançadas com a mistura de Ar no plasma de SF6.

Nesse trabalho é reportado o crescimento de filmes finos de dióxido de titânio (TiO2) por duas técnicas assistidas a plasma chamadas magnetron sputtering convencional (MSC) e magnetron sputtering catodo oco (MSCO). O dióxido de titânio foi crescido sobre substratos de silício, variando alguns parâmetros de plasma como, por exemplo, a distância axial (z0) e a concentração de oxigênio na mistura Ar+O2. As amostras foram caracterizadas por perfilometria, microscopia de força atômica (MFA) e difração de raios-X (DRX). Não obstante, foi realizado diagnóstico das descargas através de métodos como características elétricas corrente-tensão (I×V), sonda simples de Langmuir e espectroscopia de emissão ótica (EEO). Os resultados dessas técnicas foram comparados com os parâmetros provenientes da caracterização dos filmes depositados, de modo a conhecer a interação plasma-superfície. Como uma forma de complementação das análises, foi realizada a comparação de parâmetros como razão de deposição (Rd) com o parâmetro geométrico PCI (probabilidade de coleção de íons). Os resultados mostraram que todos os filmes produzidos são cristalinos, cujas estruturas são altamente dependentes do sistema de deposição, i.e., da energia e da reatividade da descarga.

Atualmente, uma das mais importantes aplicações tecnológicas da corrosão por plasma em semicondutores é permitir a fabricação do silício (Si) suspenso e partes móveis que compõem um sistema microeletromecânico (MEMS). A formação dessas estruturas tridimensionais requer processos de corrosão com alta velocidade de corrosão, boa anisotropia, baixos danos a superfície e seletividade química em relação a outros materiais. Neste trabalho foram realizadas corrosões de Si em estruturas de linhas por jato de plasma onde a potência de radiofrequência foi fixada em 150 W, pressão em 3,2 mTorr e o campo magnético de confinamento do jato de plasma em 6 mT, para todas as amostras utilizando dois tipos de misturas de gases: SF6/O2 ou CF4/O2. A escolha de gases fluorados é devido à alta afinidade entre o flúor atômico e os átomos do silício. Uma combinação de diagnóstico do plasma por espectroscopia óptica de emissão e de técnicas de caracterização das amostras corroídas, como perfilometria óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS), foi utilizada para investigar a morfologia e química do silício corroído a fim de estabelecer as melhores condições experimentais para obtenção de elevadas taxas de corrosão e controle do perfil corroído no substrato de Si. Os resultados experimentais do processo de corrosão utilizando jato de plasma de SF6 indicam taxas de corrosões entre (1,05-1,53) m/min e de CF4 entre (0,18-0,54) m/min para diferentes distâncias axiais entre o substrato e o inicio do jato de plasma e concentrações de oxigênio. As condições cujo perfil de corrosão apresentou maior anisotropia foram às corroídas com CF4. Com relação à análise química da superfície do silício corroído foi possível identificar elementos da superfície da amostra como F, C, N e O, bem como suas respectivas ligações com o Si.

No presente trabalho é reportado o crescimento de filmes finos de carbeto de silício (SiC), carbonitreto de silício (SiCN) e nitreto de alumínio (AlN) pela técnica de pulverização catódica com dois magnetrons (dual magnetron sputtering) visando a aplicação destes materiais na confecção de microsensores. Alvos de silício e carbono foram utilizados para a deposição dos filmes de SiC e SiCN, enquanto que para o crescimento do filme de AlN foi utilizado alvo de alumínio. Os gases utilizados foram argônio (fluxo constante em 10 sccm) e nitrogênio (de 0 a 20 sccm). Todos os filmes foram crescidos sobre substratos de silício (100) variando-se parâmetros como, para o caso do SiC, potência aplicada em cada alvo, potência total, pressão de deposição, polarização do substrato e fluxo de nitrogênio. Já para o caso do AlN foram estudados parâmetros como distância alvo-substrato e fluxo de nitrogênio. As amostras foram caracterizadas pelas técnicas de perfilometria, espectroscopia Raman, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de retroespalhamento de Rutherford (RBS), difração por raios X (XRD), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS), nanoidentação e quatro pontas. Além disso, uma caracterização elétrica (corrente-tensão) do sistema foi feita com o intuito de aperfeiçoar e prever as melhores condições de deposição. Os filmes de SiC obtidos neste trabalho apresentaram propriedades que são desejadas para confecção de sensores de pressão, acelerômetros e outros, tais como alta dureza, alto módulo de elasticidade e controle da resistividade elétrica. Já os filmes de AlN são, em sua maioria, mono cristalinos e numa orientação propícia ((100))para aplicação em dispositivos que necessitam de alta velocidade de propagação acústica tal como sensores de pressão baseados na tecnologia de SAW (surface acoustic wave).