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Contribuição do Instituto à compreensão da degradação de materiais orgânicos.

quinta-feira, 18 de outubro de 2018 17:13

Simulacao com GEANT4-DNA da interacao de 10 protons de 2 MeV incidentes em um filme fino de 200 nm.

Simulacao com GEANT4-DNA da interacao de 10 protons de 2 MeV incidentes em um filme fino de 200 nm.

Em materiais orgânicos, desde polímeros até tecidos biológicos, radiações de alta energia quebram ligações químicas, gerando mudanças nas estruturas e propriedades dos materiais e provocando sua rápida degradação. Essa capacidade da radiação de alta energia pode ter efeitos negativos (como a degradação de tecidos saudáveis causada por efeitos colaterais de radioterapias de combate ao câncer) ou aplicações positivas (como a fabricação de nanomateriais usando radiação de alta energia).

Em todos os casos, é importante saber mais sobre a quebra de ligações químicas devida à ação de radiação de alta energia. Foi justamente esse o objetivo de um trabalho liderado por pesquisadores da seção PUC-RS do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, que envolveu cientistas e uso de equipamentos do Brasil, Alemanha, Bélgica e Itália. O trabalho gerou um artigo recentemente publicado na Physical Review Letters, uma das revistas mais renomadas na área de Física.

A equipe científica internacional, que faz parte de um projeto de pesquisa sobre filmes poliméricos ultrafinos (aqueles com espessura na escala dos nanometros), se propôs a investigar se variações na espessura dos filmes influiriam na eficiência com a qual a radiação de alta energia quebra as ligações químicas.

Cuidadosamente, os cientistas fabricaram filmes dos polímeros PMMA e PVC de diversas espessuras (entre 2 e 290 nanometros). Os filmes foram depositados em substratos de silício. Algumas das amostras foram bombardeadas com feixes de íons com energia de 2,1 giga elétron-volts (GeV) em um acelerador de partículas localizado na Universidade Técnica de Darmstadt (Alemanha), enquanto outras amostras foram submetidas a feixes de íons de 2 mega elétron-volts (MeV) em um acelerador do Laboratório de Implantação Iônica da UFRGS, laboratório participante do Instituto, localizado em Porto Alegre, Brasil.

Para conferir os danos provocados pela radiação dos feixes de íons nas ligações químicas dos polímeros, os autores analisaram as amostras usando a técnica de XPS. Eles também realizaram simulações computacionais usando códigos desenvolvidos para modelar processos de radiação na nanoescala. Tanto a análise experimental quanto a computacional mostraram que a eficiência de quebra de ligações não varia de forma significativa com a redução da espessura dos filmes, mesmo em camadas tão finas quanto as de 5 nanometros.

Os resultados desta pesquisa podem ter impacto em várias áreas. "Os processos de quebra de ligação química são fundamentais para temas gerais de grande interesse como estabilidade de nanomateriais, danos biológicos em radioterapia por íons pesados e engenharia de nanomateriais utilizando radiação de alta energia", diz Ricardo Meurer Papaleo, pesquisador da seção PUC-RS do Instituto e coordenador desse projeto.

A pesquisa foi realizada com financiamento das agências brasileiras CNPq, CAPES e FAPERGS.

Referência: R. Thomaz, P. Louette, G. Hoff, S. Müller, J. J. Pireaux, C. Trautmann, and R. M. Papaléo. Bond-Breaking Efficiency of High-Energy Ions in Ultrathin Polymer Films. Phys. Rev. Lett. 121,066101. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.066101

Fonte: Gerência de Comunicação do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies

Palavras-chave: acelerador, ciência de superfícies, engenharia de superfícies, feixes de íons, filmes ultrafinos, Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, physical review letters, pmma, polímeros, puc rs, pvc, quebra de ligações químicas, radiação de alta energia, ricardo papaleo

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