Síntese de filmes de diamante nanocristalino dopado com boro para aplicação em microeléctrodos

• Autor(a) principal: Silva, Eduardo Luís Trindade da
• Data de Publicação: 2009
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/4817
• topic: Engenharia de materiais; Filmes de diamante; Materiais nanocristalinos; Aditivos; Boro

O presente trabalho incidiu sobre a produção de filmes finos de diamante nanocristalino dopado com boro (BDNCD) obtidos por deposição química em fase vapor assistida por filamento quente (HFCVD) sobre filamentos de tungsténio afiados electroquimicamente. O objectivo último foi o da fabricação de ultramicroeléctrodos (UMEs) revestidos com diamante condutor eléctrico, para aplicação na área da química electroanalítica, prevendo uma melhoria de desempenho relativamente a eléctrodos de outros materiais ou de maiores dimensões. Durante o trabalho desenvolveram-se várias técnicas e equipamento necessários para: i) o afiamento das pontas de tungsténio; ii) a adição de boro à linha de gases do reactor HFCVD; iii) a medida eléctrica da resistividade dos filmes de BDNCD e iv) para o isolamento dos filamentos com um material polimérico, necessário à obtenção do UME. Realizou-se um estudo prévio à fabricação de UMEs, utilizando substratos de silício e de nitreto de silício com o intuito de se obterem filmes contínuos de BDNCD, que incidiu essencialmente na variação das razões de gases CH4/H2 e (Ar+B)/H2. Posteriormente, o trabalho com os UMEs foi efectuado utilizando como substratos filamentos de tungsténio afiados electroquimicamente. Utilizaram-se razões de CH4/H2 variáveis de 0,05 a 0,07, e razões de (Ar+B)/H2 entre 0,03 e 0,43. Foram usadas temperaturas de substrato de 670, 685 e 700 ºC, enquanto que a temperatura do filamento variou entre 2300 e 2350 ºC. Os valores de pressão total situaram-se na gama de 50-90 mbar. O dopante utilizado foi o boro, através da dissolução de B2O3 em etanol, numa concentração de B/C de 15000 ppm e o arrasto da mistura foi feito com árgon através de um borbulhador. O isolamento dos UMEs foi feito com resina termoendurecível. A caracterização das amostras foi efectuada por microscopia electrónica de varrimento (SEM) e espectroscopia de Raman. Efectuaram-se também medidas de resistividade dos filmes de BDNCD com uma sonda eléctrica de 4 pontas. Para efectuar a caracterização electroquímica, submeteu-se um dos UMEs fabricados a vários varrimentos de voltametria cíclica numa solução de NaCl 0,05 M. Como principais resultados deste trabalho há a salientar o facto de se terem obtido filamentos de tungsténio afiados com raio inferior a 80nm, que foram completamente revestidos com um filme de BDNCD após apenas 30min de deposição. Relativamente às condições de deposição dos filmes, verificou-se um efeito na redução da taxa de crescimento dos filmes de BDNCD com o aumento das razões CH4/H2 e (Ar+B)/H2. O aumento da última razão resultou também na diminuição do tamanho de grão nos filmes depositados sobre nitreto de silício e na diminuição da resistividade eléctrica desses mesmos filmes. Na deposição sobre filamentos afiados de tungsténio, verificou-se ainda um efeito homogeneizador da superfície com o aumento da razão (Ar+B)/H2. A caracterização electroquímica por voltametria cíclica de um filamento isolado demonstrou um comportamento estável do UME no primeiro varrimento, com um intervalo de potencial de trabalho de ~2,25 V em solução de NaCl 0,05M. Nos varrimentos seguintes o isolamento polimérico cedeu, levando a solução a reagir com o substrato de tungsténio na zona não revestida a BDNCD.