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Artigo de divulgação: Desenvolvimento da análise de nanopartículas e nanoestruturas através da técnica MEIS.

quarta-feira, 19 de fevereiro de 2014 11:20

Nos anos 70, com o surgimento e popularização da implantação iônica, surgiram várias técnicas de análise de materiais através de feixes iônicos, como o retroespalhamento de Rutherford (RBS), a análise por reação nuclear (NRA) e a análise por detecção de recuo elástico (ERDA). Entre estas, a técnica de RBS é a mais utilizada, sendo consagrada no estudo de composição elementar, perfilometria e determinação quantitativa de espessura de filmes finos.

À medida que crescia a exigência tecnológica e surgia a necessidade de análise em dimensões cada vez menores, surgia também a necessidade de uma técnica de análise de superfície mais precisa. Neste âmbito, o uso de espalhamento de íons com energias intermediárias (MEIS), utilizando íons incidentes de H+ ou He+ com energias de 100 - 200 keV, é cada vez mais frequente, pois ajuda a elucidar problemas que se referem às características composicionais e estruturais da região próxima à superfície de sólidos, no intervalo entre 5 - 100 Angstrons de profundidade. A maior resolução espectral, possível através da troca do detector de estado sólido por um analisador toroidal eletrostático, permite a possibilidade de uma resolução substancialmente superior (de 10 - 20 keV em RBS para ~ 120 eV em MEIS, equivalente a uma resolução em profundidade de 3 - 5 Angstrons).

A figura 1 mostra um conjunto planar de nanopartículas inseridas em um substrato de SiO2 contendo também átomos de Au distribuídos em uma camada de espessura h. Nas imagens (b-g) mostra-se espectros de MEIS - a intensidade de espalhamento como função da energia dos íons detectados, para diversos ângulos de espalhamento.

Em trabalhos recentes, mostramos a importância da técnica MEIS na análise de nanopartículas e nanoestruturas. Informações a respeito do arranjo planar como a densidade das nanopartículas, suas formas e tamanhos, são obtidos com desta técnica em combinação com TEM (microscopia eletrônica de transmissão, do inglês). Na Figura 2. mostra-se um destes sistemas, onde nanopartículas de Au estão distribuídas em uma região de espessura h no substrato de SiO2. Os espectros experimentais de MEIS são usados de base para simulações computacionais. Nestas tenta-se construir a amostra de forma a obter a simulação mais próxima do resultado experimental possível, assim obtendo uma descrição das nanopartículas medidas nos experimentos. Estes resultados foram apresentados em uma publicação no jornal Scientific Reports, da Nature, em dezembro de 2013.

Além destes avanços, vem sendo desenvolvida na K-MAC (Korea Materials & Analysis Corp.) a técnica de Time of Flight MEIS, que conta com um DLD (detector por atraso de linha, do inglês) de 120 mm com 300 ps de resolução temporal. Para cada íon, o DLD mede um tempo de chegada com informação 2D de sua posição, e os dados destes eventos de espalhamento são convertidos em um espectro de TOF-MEIS. Isto lhe confere eficiência de coleta dos íons 3 ordens de magnitude superior aquela do MEIS convencional, este aumento de ganho de detecção permite medidas de MEIS em poucos minutos, tornando-a uma técnica de grande interesse para uso na indústria para analise de nanopartículas e nanoestruturas, principalmente aquelas muito suscetíveis aos danos causados pelo feixe de íons. Análises ainda mais rápidas podem ser obtidas pelo uso de íons mais pesados, como o N+ e Ne+, pois a seção de choque é consideravelmente maior neste casos. Isto é possível no TOF-MEIS pois a detecção por tempo de voo resolve o problema de neutralização de carga, muito intenso em medidas com tais íons.

Mais informações.

• Artigo científico no periódico Scientific Reports: D.F. Sanchez, G. Marmitt, C. Marin, D.L. Baptista, G. M. Azevedo. P.L. Grande, P.F.P. Fichtner "New approach for structural characterization of planar sets of nanoparticles embedded into a solid matrix", Scientific Reports 3,1-6 (2013).
• Artigo de divulgação "Caracterização de nanomateriais por feixe de íon" na página 65 do livro eletrônico "Engenharia de Superfícies", disponível aqui: http://pt.slideshare.net/Engenharia.de.Superficies/livro-eletrnico-engenharia-de-superfcies

Fonte: Contribuição do Laboratório de Implantação Iônica, participante do nosso Instituto.

Palavras-chave: 2014, análise de superfícies, engenharia de superfície, engenharia de superfícies, implantação iônica, Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, laboratório de implantação iônica, meis, pedro grande