| Abstract: | Nesse trabalho foi investigada a modificação superficial por irradiação de íons e tratamento térmico de filmes finos de PMMA e PVC de diferentes espessuras (entre 2,5 e 290 nm) depositados sobre lâminas de Si. Três condições diferentes foram testadas: a) apenas tratamento térmico em câmara de vácuo em temperaturas entre 80 °C e 224 °C por até 72 h; b) efeito de irradiação com íons de alta energia (H+ de 2 MeV, Au+7 de 17 MeV e Bi+eq de 2,2 GeV) em temperaturas (-196 °C até 150 °C); c) irradiação com tratamento térmico em temperatura entre 80 °C e 224 °C com até 72 h de annealing. A aplicações de tratamento térmico, na maioria dos casos, não apresentaram alterações significativas na rugosidade e porosidade nos filmes com exceção de T=100 °C e longos tempos de tratamentos (72 h). Filmes de PMMA e de PVC irradiados com H+ apresentaram alisamento após altas fluências de irradiação provavelmente associadas ao aumento da mobilidade das cadeias devido às cisões induzidas pela irradiação. Já as irradiações de íons pesados de Au+7 e Bi+eq aumentaram fortemente a rugosidade dos filmes devido à elevada erosão provocada pelos íons. A irradiação com íons de Au+7 associadas à temperatura acima da temperatura ambiente contribuiu para o aumento da rugosidade, formando novos padrões de defeitos na superfície.Quando combinado a irradiação desses íons com a temperatura ocorre uma modificação no padrão das estruturas no filme, com o surgimento maior de ondas com baixa frequência espacial. Contudo, os efeitos de irradiações combinados com tratamento térmico apresentaram aumento da rugosidade para longos tempos de exposição, provavelmente ocasionados pelo aumento da mobilidade do polímero com o aumento de temperatura e o tempo. Medidas complementares de ângulo de contato indicaram maior molhabilidade para irradiações com H+, chegando a uma forte diminuição para íons de Bi+eq. Isso se deve às fortes modificações químicas são geradas por ambos os íons na estrutura do filme. Por fim, foi realizada uma análise do módulo de elasticidade pelas técnicas de nanoindentação e AFM para comparar com os dados obtidos entre ambas. As medidas obtidas pelo nanoindentador apresentaram grande influência do substrato, com valores superiores aos descritos na literatura, ao contrário ocorrido com o AFM, na qual apresentou valores similares à literatura. Os filmes de PVC apresentaram aumento no módulo de elasticidade com o aumento da fluência, já para os filmes de PMMA foi observado um efeito oposto, apresentando um decréscimo no módulo de elasticidade.
In this work, the surface modification by ion irradiation and heat treatment of PMMA and PVC thin films with different thicknesses (between 2.5 and 290 nm) deposited on Si wafers was investigated. Three different conditions were tested: a) heat treatment in vacuum chamber with temperatures between 80 °C and 224 °C, up to 72 h ; b) high energy ions irradiation (2 MeV H+, 17 MeV Au+7 and 2.2 GeV Bi+eq) at temperatures that varied from -196 °C to 150 °C and c) ion irradiation associated with subsequent annealing at temperatures between 80 °C and 224 °C in times up to 72 h. Heat treatment by itself, in most cases, did not show any significant changes in the roughness and porosity of the films, save for T = 100 °C and long treatment times (72 h). PMMA and PVC films irradiated with H+ underwent a smoothing process after high irradiation fluencies, probably because the chain motility was increased by irradiation-induced scission. However, irradiations with Au+7 and Bi+eq strongly increased the roughness of the films due to the high erosion caused by the ions.The irradiation with Au+7 ions associated with temperatures above room temperature contributed to the increase of the roughness, forming new surface defects patterns. When the ion irradiation is combined with the temperature, a modification in the pattern of the structures on the film occurs, with higher occurrence of waves with low spatial frequency. However, the effects of irradiation combined with heat treatment showed roughness increase for long exposure times, probably as a result of the polymer mobility increase with increasing temperature and time. Complementary contact angle measurements indicated higher wettability for H+ irradiations, reaching a strong decrease for Bi+eq ions, this is due to the strong chemical modifications that are generated in the structure of the film by both ions. Finally, an analysis of the modulus of elasticity was performed by nanoindentation and AFM techniques, in order to compare the data obtained by both techniques. The measurements obtained by the nanoindenter data showed great influence of the substrate, with values higher than those described in the literature, contrary to the AFM, in which similar values to the literature were found. The PVC films presented an increase in the elastic modulus with the increase of the fluence, but for the PMMA films the opposite effect was observed, presenting a decrease in the elastic modulus. |
