ÁREA: Materiais

TÍTULO: TÉCNICA DE BAIXO CUSTO PARA DEPOSIÇÃO DE FILMES FINOS DE MATERIAIS GEOPOLIMÉRICOS.

AUTORES: Oliveira, S.F. (UFPE) ; Marinho, E.P. (UFPE) ; de Vasconcelos, E.A. (UFPE)

RESUMO: Descrevemos neste trabalho técnicas de baixo custo para deposição de filmes finos de geopolímeros e materiais nanoestruturados. A técnica envolve um sistema de spin-coating construído sem a necessidade de conhecimentos aprofundados em eletrônica ou mecânica e que apresenta extrema simplicidade. O sistema foi construído a partir de um motor DC utilizado em equipamentos de DVDs comerciais, tendo sua velocidade controlada através de uma fonte de tensão variável. O investimento no spin-coater foi inferior a R$ 100,00. Usando esse sistema, investigamos novas técnicas para a deposição de filmes finos de geopolímeros.

PALAVRAS CHAVES: Baixo custo; spin-coater; filmes finos

INTRODUÇÃO: A deposição de filmes finos por centrifugação (spin-coating) é uma técnica muito simples e amplamente utilizada na preparação de películas com espessura uniforme (AGUILAR; LÓPEZ, 2011; LUURTSEMA, 1997; CHANG; PAI; CHEN; JENEKHE, 2005). Neste processo, uma gota é colocada na superfície de um substrato em rotação com intuito de espalhar certa solução. A evaporação rápida do solvente resulta num filme fino em segundos. Essa técnica de espalhamento e centrifugação, comumente chamada de spin-coating, é bastante utilizada para deposição de filmes poliméricos no processo de fabricação de dispositivos eletrônicos tais como: diodos emissores de luz, células solares e transistores, por exemplo (MITZI; KOSBAR; MURRAY; COPEL; AFZA, 2004). Embora a técnica de spin-coating seja relativamente simples, ela exige equipamentos caros. Um spin-coater importado custa acima de 3000 reais. A razão para o alto custo dos spin-coaters importados está essencialmente no motor especial utilizado, o qual apresenta velocidade de rotação elevada (até 12000 rpm) com um eixo oco, tubular, no interior do qual se faz o vácuo necessário para fixação do substrato. Além disso, os “spin-coaters” comerciais trazem uma série de recursos de controle eletrônico, tais como controle de aceleração, velocidade e tempo de rotação. Entretanto, em determinados casos, tais recursos não são fundamentais. Assim, propomos um equipamento de baixo custo e investigamos sua eficiência para materiais usualmente depositados por spin-coating (resinas poliméricas e polímeros conjugados), bem como no desenvolvimento de técnicas novas para deposição de filmes finos de materiais que normalmente não são depositados por spin-coating, como geopolímeros.

MATERIAL E MÉTODOS: Optou-se por um motor DC 12 V, acoplado a uma plataforma de DVD, com acionamento realizado através de uma fonte de tensão variável. O motor de DVD tem velocidade rotacional adequada para nossos objetivos (500 a 8.000 rpm) e é facilmente encontrado em lojas de equipamentos eletrônicos. O motor fica preso a uma pequena caixa de madeira e envolvido por um recipiente PET. O controle de velocidade pode ser realizado facilmente através da utilização de uma fonte de tensão variável, porém em contextos onde esse dispositivo não esteja disponível, uma fonte antiga de computador pode ser utilizada, deste que sejam feitas adaptações necessárias. Objetivando-se a fixação de substratos, adaptamos no eixo do motor um suporte de amostras feito com nylon. O suporte possui uma série de furos que permitem fixar o substrato através de parafusos passantes e arruelas. A preparação dos geopolímeros seguiu técnica descrita anteriormente (MARTINELLI, 2005).

RESULTADOS E DISCUSSÃO: O equipamento que apresentamos (Fig.1) mostrou-se satisfatório. Evidentemente não apresentamos um dispositivo competitivo comercialmente, mas sim um equipamento que pode ser extremamente útil em laboratórios onde não exista o instrumento. Conseguimos filmes finos de resina e de polímeros conjugados com boa uniformidade. Filmes finos de geopolímero também foram investigados. Como se trata de um material que normalmente não é utilizado na forma de filme fino, os filmes que conseguimos apresentam um bom potencial para o estudo das propriedades elétricas dos geopolímeros, em particular do fenômeno de acumulação de cargas na sua estrutura, pois podem ser aplicados campos elétricos elevados.

Figura 1. Spin-coater de baixo custo.

Suporte de amostras e o recipiente PET.

CONCLUSÕES: Descrevemos neste trabalho técnicas de baixo custo para deposição de filmes finos, em particular, novas técnicas para deposição de filmes finos de geopolímeros. O spin-coater que descrevemos é cerca de 30 vezes mais barato do que um sistema comercial. Conseguimos filmes finos de resina e de polímeros conjugados com boa uniformidade. Filmes finos de geopolímero também foram obtidos. Com o desenvolvimento desta técnica de baixo custo, uma série de práticas experimentais tornam-se possíveis, abrindo uma janela para o ensino dos fundamentos e desenvolvimento de materiais avançados.

AGRADECIMENTOS:

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: AGUILAR, R. G.; LÓPEZ, J. O. Low cost instrumentation for spin-coating deposition of thin films in an undergraduate laboratory. Lat. Am. J. Phys. Educ. vol. 5, n. 2, pág. 368 - 373, 2011.

CHANG, C. C.; PAI, C. L.; CHEN, W C.; JENEKHE, S. A. Spin coating of conjugated polymers for electronic and optoelectronic applications. Thin Solid Films, vol. 479, pág. 254 – 260, 2005.

LUURTSEMA, G. A. Spin coating for rectangular substrates. Thesis master of science in electrical engineering: The department of electrical engineering and computer sciences: University of California, Berkeley, pág. 1-33, 1997.

MARTINELLI, A.E.; MARINHO, E. P.; MELO, D. M. A.; MELO, M.A.F. de; T.W.B. Jacinto; R.G.S. Araújo. Synthesis, Rheological Behavior and Mechanical Characterization of Structural Fast-setting Geopolymers. Materials Research, vol. 498-499, pág 488, 2005.

MITZI, D. B.; KOSBAR, L. L.; MURRAY, C. E.; COPEL, M.; AFZALI, A. High-mobility ultrathin semiconducting films prepared by spin coating. Nature, vol. 428, n. 18, pág. 299 – 303, 2004.