ÁREA: Nanociência e Nanotecnologia
TÍTULO: Desenvolvimento de eletrodos de baixo custo para eletrodeposição de nanoestruturas magnéticas
AUTORES: FRANTZ, T.S. (UNIPAMPA) ; SILVA, M.G. (UNIPAMPA) ; GUNDEL, A (UNIPAMPA)
RESUMO: Neste trabalho foram produzidos CDtrodos, que são eletrodos de ouro obtidos a partir de discos compactos comerciais (CDs), com o objetivo de obter substratos de baixo custo, mas de alta qualidade, para eletrodeposição de nanoestruturas magnéticas. Foram realizadas caracterizações eletroquímica e estrutural dos substratos obtidos e comparados com resultados prévios obtidos em substratos de Au(111) produzidos pela técnica de evaporação térmica em vácuo. Foram depositados nanoestruturas e filmes finos magnéticos de cobalto e niquel em ambos os substratos. Os resultados obtidos a partir de caracterizações eletroquímicas e estruturais apresentaram bom acordo, fazendo dos CDtrodos potenciais candidatos para a produção de nanoestruturas magnéticas.
PALAVRAS CHAVES: nanoestruturas magnéticas, eletrodeposição, au(111)
INTRODUÇÃO: Ao longo das últimas décadas, ocorreram grandes avanços com relação aos meios de leitura e gravação magnética, principalmente devido ao grande aumento da capacidade de armazenamento das mídias magnéticas. Devido a este aumento, busca-se desenvolver sensores de campo magnético sensíveis às dimensões das novas mídias. Materiais magnéticos nanoestruturados são os mais interessantes candidatos a constituírem estruturas que componham estes sensores, por exibirem propriedades bem diferentes dos materiais massivos, além de serem adequadas para o desenvolvimento de sensores integrados, ou seja, elemento sensor e eletrônica de controle no mesmo substrato.
Os materiais promissores a apresentarem tais propriedades são materiais de alta permeabilidade magnética, entre os quais se destacam multicamadas de permalloy (liga de níquel-ferro)/cobre. Usualmente, estes materiais são produzidos por técnicas em vácuo, que são extremamente caras, como por exemplo, sputtering e epitaxia por feixe molecular (MBE). A eletrodeposição surge como uma técnica alternativa mas por sua vez de baixo custo, proporcionando materiais de qualidade comparável aos produzidos pelas técnicas em vácuo [1,2,3,4].
Neste trabalho, desenvolvemos substratos de ouro de baixo custo, a partir de camadas de ouro presentes em alguns tipos especiais de discos compactos (CDs). Os resultados são comparáveis aos obtidos em substratos produzidos por evaporação térmica em vácuo.
MATERIAL E MÉTODOS: Todos os processos foram realizados em temperatura ambiente. As soluções foram preparadas com reagente P.A. e com água bidestilada e deionizada, com o monitoramento do pH.
Obtenção dos eletrodos de Au a partir dos CDs comerciais:
Para remoção das camadas poliméricas dos CDs, foi utilizado basicamente solução de acido nítrico (HNO3) concentrado, já bem estabelecido na literatura [5,6,7]. A caracterização eletroquímica e as eletrodeposições foram realizadas com um potenciostato/galvanostato Onmimetra modelo PG39. A análise eletroquímica foi realizada a partir de voltamogramas cíclicos em soluções de ácido sulfúrico (H2SO4) e solução branca (K2SO4 10-2M + H2SO4 10-3M + KCl 10-4M), com pH entre 3,5 e 4,5. O mesmo procedimento foi adotado em substratos de Au(111) evaporados sobre mica.
Eletrodeposição de filmes magnéticos:
As soluções utilizadas para eletrodeposição são compostas pela solução branca com adição de CoSO4 ou NiSO4 1mM. A deposição foi realizada pela técnica potenciostática à três eletrodos (trabalho, referencia e contra-eletrodo), montadas em uma célula eletroquímica. Diversos depósitos foram realizadas em diferentes potencias e com diferentes tempos de deposição.
Difração de raios-x e Microscopia de Força Atômica:
Foi utilizada a técnica de difração de raios-x para caracterização estrutural dos substratos obtidos. Imagens topográficas da superfície foram obtidas por microscopia de força atômica.
Determinação de espessuras e taxa de deposição:
Para determinação das espessuras foi utilizada a técnica de dissolução anódica, que consiste na integração da carga obtida no processo de dissolução. Medidas prévias [1,4] mostram que este método proporciona resultados satisfatórios. Deposições realizadas com diferentes tempos permitem a obtenção da taxa de deposição.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Caracterização eletroquímica dos substratos:
A caracterização eletroquímica dos substratos foi realizada em solução de ácido sulfúrico e em solução branca. A fig. 1a mostra os voltamogramas obtidos em solução branca para o Au-CDtrodo (curva azul) e para Au(111) preparado por evaporação térmica (curva vermelha). Observa-se um bom acordo entre as duas curvas, comprovando a qualidade do filme de Au do CD comercial.
O comportamento eletroquímico característico dos substratos foi estudado por voltametria cíclica em meio acido (H2SO4 0.2M). Os resultados obtidos estão mostrados na fig. 1b, mostrando um bom acordo entre os substratos.
Difratometria de raio-x foi realizada nos CDtrodos, comprovando textura (111). Imageamento da superfície, feito por microscopia de força atômica, revelam os tamanhos dos grãos de Au e os platôs atômicos, mostrando ser uma superfície bem plana para deposição de materiais metálicos.
Voltametria cíclica de Co e Ni sobre substratos de Au(111) e CDtrodos:
A fig. 2a mostra a voltametria cíclica de Co 1mM em substratos de Au(111) (curva vermelha) e em CDtrodo (curva azul). Os voltamogramas foram obtidos em taxa de varredura de 20 mV/s e entre os potencias -0.2V/SCE e -1.3V/SCE. As curvas apresentam um bom acordo nos picos catódicos (redução de prótons e redução metálica). No pico anódico foi observado um pequeno desacordo entre os potenciais. O mesmo procedimento foi adotado com filmes de Ni e mostram um bom acordo.
Determinação das espessuras e taxa de deposição:
Os resultados das espessuras para filmes de Co sobre Au(111) e CDtrodos estão mostrados na fig. 2b, para três potenciais de deposição diferentes (U=-0.90;-0.94 e 1.05 V/SCE). Obtem-se a partir destas as taxas de deposição, que variam de 0.067 a 0.051 monocamadas atômicas por segundo (ML/s).
CONCLUSÕES: Os substratos obtidos à partir dos filmes de Au presentes nos CDs mostraram-se muito semelhantes aos obtidos por em vácuo. Análises eletroquímicas e estruturais comprovaram a textura (111) dos CDtrodos, permitindo desta forma seu uso como substrato para eletrodeposição de filmes nanoestruturados magnéticos. Os resultados obtidos a partir dos CVs de Co e Ni sobre os CDtrodos mostraram bom acordo com os resultados prévios obtidos em Au(111). Além de serem de baixo custo, os CDtrodos apresentam alta qualidade, tornando-os potenciais candidatos para a produção de nanoestruturas magnéticas.
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: [1] A.Gündel, Estudo das propriedades magnéticas e estruturais de filmes ultrafinos de Fe, Co e Ni/Au(111) produzidos por eletrodeposição, Tese de Doutorado, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, (2002).
[2] A. Gündel, T. Devolder, C. Chappert, J. E. Schmidt, R. Cortes, P. Allongue, Physica B : Cond. Mat. 354, 282 (2004).
[3] A. Gündel, L. Cagnon, C. Gomes, A. Morrone, J. E. Schmidt, P. Allongue, Phys. Chem. Chem. Phys. 3, 3330 (2001).
[4]L. Cagnon, A. Gündel, T. Devolder, A. Morrone, C. Chappert, J. E. Schmidt, P. Allongue, Appl. Surf. Sci. 164, 22 (2000).
[5] Ehrfeld W., Electrochim. Acta, 48 (20-22), 2857, (2003).
[6]Hua-Zhong Yu, New chemistry on old CDs, Chem. Commun., 2633, (2004).
[7] E. M. Richter, Desenvolvimento e aplicações de eletrodos de outo confeccionados a partir de discos compactos graváveis (CD-Rs), Dissertação de Mestrado, Instituto de Química, Universidade de São Paulo, (2001).
