Medidas do perfil da permissividade elétrica em interfaces sólido-líquido, usando microscopia de força atômica

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Ceotto Filho, Gino
Data de Publicação: 2001
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1590828
Resumo: Orientador: Omar Teschke
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spelling Medidas do perfil da permissividade elétrica em interfaces sólido-líquido, usando microscopia de força atômicaInterfaces (Ciências físicas)Microscopia de força atômicaOrientador: Omar TeschkeTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb WataghinResumo: Quando imersas em água, muitas superfícies apresentam-se carregadas eletricamente. Por isso, durante o processo de geração de imagens por microscopia de força atômica em meio aquoso, forças de natureza repulsiva e atrativa entre o tip e a amostra são detectadas. Nas últimas décadas, as forças repulsivas têm sido atribuídas às interações eletrostáticas, enquanto as interações atrativas, às forças de van der Waals. Neste trabalho são descritos estudos de espectroscopia de força (curvas de força em função da distância) entre tips de microscópio de força atômica e substratos carregados eletricamente, imersos em meio líquido. Em função dos resultados obtidos, formulou-se um modelo denominado 'força de troca dielétrica¿ (FTD) que explica o comportamento das curvas na interface sólido/líquido, com base na hipótese de que a força que age sobre o tip, nessa região, decorre da troca de 'constantes dielétricas¿ (ou permissividades elétricas) entre o tip e o sistema líquido. Em água, o tip de nitreto de silício (Si3 N4), com permissividade elétrica eTip= 7,4, ao aproximar-se da interface carregada ¿ região denominada 'dupla camada elétrica¿, com permissividade elétrica eDC ¿ substitui uma parte da água equivalente ao seu volume. Essa troca responde pela repulsão observada longe da interface (iniciando a ~100 nm, camada difusa, onde eDC » 80), seguida por uma atração quando o tip imerge nas camadas mais internas (£10 nm). A presença de substrato carregado determina a reorientação dipolar das moléculas de água, a qual, por sua vez, vem ser a causa da baixa permissividade elétrica nas imediações da interface. Suportes para o modelo proposto foram obtidos pela imersão de tips metálicos (eTip » ¥) em água, quando um único componente atrativo foi observado, e pela imersão de tips de Si3N4 em formamida e DMSO, situação em que somente uma contribuição repulsiva foi detectada. O modelo recebeu confirmação adicional ao se observar que os tips de Si3N4 sofreram atração ao penetrarem nas bicamadas de uma substância surfatante (eS » 2 - 6). Comparado a uma teoria que vem sendo sistematicamente empregada para explicar as interações entre superfícies ¿ a teoria DLVO ¿ o modelo de FTD mostrou-se mais adequado aos resultados experimentais. Esse modelo foi empregado na identificação da intensidade da força a ser aplicada a amostras frágeis, em processos de geração de imagens por microscopia de força atômica, em meio líquidoAbstract: When immersed in water, several surfaces are electrically charged. Therefore, repulsive and attractive forces between the tip and the sample are detected during image generation by atomic force microscopy in aqueous medium. In the last decades repulsive forces have been attributed to electrostatic interactions, while attractive forces have been ascribed to van der Waals forces. In this research, force spectroscopy studies (force versus distance curves) are described between atomic force microscope tips and electrically charged mica immersed in aqueous medium. From the data obtained, a was formulated, model named 'dielectric exchange force¿ which explains the behavior of the curves in the solid/liquid interface based on the hypothesis that the force acting on the tip in this region arises from the 'dielectric constants¿ (or dielectric permittivities) exchanges between the tip and the liquid system. In water, when the silicon nitride (Si3N4) tip, with electrical permittivity eTip = 7.4, approaches the charged interface (region named 'electric double layer¿, with electric permittivity eDC), it replaces a portion of the water corresponding to its volume. This exchange accounts for the repulsion observed far from the interface (starting at ~100 nm, diffuse layer, where eDC» 80), followed by an attraction when the tip immerses in the inner layers (£ 10 nm). The presence of a charged mica determines dipolar orientation of the water molecules, which in turn is the source of the low electric permittivity in the interface neighborhood. Support for the model proposed was given by immersion of metallic coated tips (eTip » ¥) in water, when a single attractive component was observed, and by immersion of Si3N4tips in formamide and DMSO, where only a repulsive component was detected. The model was further confirmed by the observation that the Si3N4 tips underwent attraction when penetrating the bilayers of a surfactant substance (eS » 2 - 6). When compared to a theory that has been systematically used to explain interactions between surfaces ¿ DLVO theory ¿, the FTD model was more adequate to explain the experimental results. This model was used to identify the magnitude of the force to be applied to fragile samples, in images generation by atomic force microscopy in aqueous mediumDoutoradoFísicaDoutor em Ciências[s.n.]Teschke, Omar, 1944-Simao, Renata AntounFerreira, Sukarno OlavoGorenstein, AnnetteSoares, David MendezUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb WataghinPrograma de Pós-Graduação em FísicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASCeotto Filho, Gino20012001-09-18T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf90 p. : il.(Broch.)https://hdl.handle.net/20.500.12733/1590828CEOTTO FILHO, Gino. Medidas do perfil da permissividade elétrica em interfaces sólido-líquido, usando microscopia de força atômica. 2001. 90 p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1590828. Acesso em: 2 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/217436porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2019-06-17T13:40:28Zoai::217436Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2019-06-17T13:40:28Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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