Estudo do crescimento de filmes nanoestruturados automontados por adsorsão física utilizando medidas de capacitância : Growth study of self-assembled nanostructured films using capacitance measurements

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Ferreira, Rafael Cintra Hensel, 1989-
Data de Publicação: 2016
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1629986
Resumo: Orientador: Varlei Rodrigues
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Um processo versátil para modificar superfícies e criar sistemas multifuncionais é a técnica de automontagem por adsorção física (LbL, do inglês Layer-by-Layer), na qual nanoestruturas são formadas devido a adsorção de moléculas com cargas opostas em arquiteturas moleculares multicamadas. O monitoramento elétrico do crescimento dos filmes é essencial em experimentos nos quais não são permitidas caracterizações ópticas. Além disto, é importante compreender as propriedades elétricas destes filmes devido a sua utilização em sensores capacitivos para análise química. Deste modo, neste trabalho desenvolvemos um equipamento capaz de acompanhar o crescimento de filmes LbL por meio de medidas de capacitância após a deposição de cada camada de polieletrólitos sobre eletrodos interdigitados (IDEs, do inglês Interdigitated Electrodes). Observamos um aumento linear da capacitância devido ao acúmulo de material dielétrico sobre os IDEs, com uma alternância na medida de capacitância de acordo com o polieletrólito depositado, isto é, há uma reversão de carga na camada mais externa quando a adsorção do policátion é compensada pela do poliânion, ou vice-versa. Utilizando o modelo para o potencial eletrostático de um IDE proposto por M. W. Den Otter, desenvolvemos uma nova metodologia para investigar a constante dielétrica da estrutura multicamadas formada. Obtivemos (16 ± 1) para a constante dielétrica do filme LbL (PDDA/CuTsPc), e (21 ± 3) para a arquitetura (PDDA/PSS), ambos em satisfatória concordância com a literatura. Ademais, desenvolvemos um modelo para interpretar o deslocamento na capacitância medida após a adsorção do policátion a fim de determinar sua densidade de carga superficial, que diminuiu de (0,23 ± 0,02) e/µm2 para (0,08 ± 0,01) e/µm2 quando o PDDA (policátion fortemente carregado) foi substituído pelo PAH (policátion fracamente carregado) para ambos os poliânions analisados. Portanto, desenvolvemos um equipamento para monitorar o crescimento de filmes LbL e uma metodologia que permite obter informações sobre o comportamento dielétrico dos filmes a cada camada depositada, o que pode auxiliar na escolha dos materiais e espessura dos filmes LbL utilizados como elementos transdutores em desenvolvimentos futurosAbstract: Organic ultrathin films have enabled surface¿s functionalization in order to introduce specific properties which differ from those in macroscopic scale. A versatile process to modify surfaces and create multifunctional systems is the layer-by-layer (LbL) technique, in which the nanostructures are formed due to the adsorption of charged molecules in multilayered molecular architectures. The electrical monitoring of the film's growth is essential in experiments in which optical characterizations can not be used. Moreover, it is important to comprehend the electrical properties of these films owing to their application on capacitive sensors for chemical analysis. In this research we developed a home-made setup to keep track of the LbL film¿s growth by measuring the capacitance after each deposited layer onto interdigitated electrodes (IDEs). We have observed a linear increase in the capacitance due to accumulated dielectric material onto the IDEs, along with an alternation in the measured capacitance according to the deposited polyelectrolyte, i.e., a charge reversal of the outermost layer as the polycation adsorption is compensated by the polyanion adsorption, or vice-versa. Using the IDEs electrostatic potential model proposed by M. W. Den Otter, we have developed a new methodology to investigate the dielectric constant of the formed multilayered structure. A dielectric constant of (16 ± 1) was obtained for (PDDA/CuTsPc) films and (21 ± 3) for (PDDA/PSS) architecture, both in satisfactory agreement with the literature. Furthermore, we have developed a model to interpret the capacitance measurement shift after the polycation adsoption in order to investigate its surface charge density, which decreased from (0.23 ± 0.02) e/µm2 to (0.08 ± 0.01) e/µm2 when PDDA (strong polycation) was replaced by PAH (weak polycation) for both analyzed polyanions. Therefore, we have developed an equipment to monitor the LbL film's growth as well as a methodology that enables the obtaining of information about the film dielectric behavior at each deposited layer, which can assist in the choice of the materials and thickness of the LbL films that are used as transductor elements in future developmentsMestradoFísicaMestre em FísicaCNPQ147530/2014CAPESFAPESP[s.n.]Rodrigues, Varlei, 1973-Aoki, Pedro Henrique BenitesAlvarez, FernandoUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb WataghinPrograma de Pós-Graduação em FísicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASFerreira, Rafael Cintra Hensel, 1989-2016info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf135 f. : il.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1629986FERREIRA, Rafael Cintra Hensel. Estudo do crescimento de filmes nanoestruturados automontados por adsorsão física utilizando medidas de capacitância: Growth study of self-assembled nanostructured films using capacitance measurements. 2016. 135 f. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1629986. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/976397porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-11-19T00:22:37Zoai::976397Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2020-11-19T00:22:37Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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