Desenvolvimento do canhão de nanopartículas magnéticas baseado em magnetron sputtering do tipo hollow cathode

• Autor(a) principal: Garcia, Rodrigo Dias
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-12072021-151411/
• topic: agregação gasosa; gas aggregation; hollow cathode; hollow cathode; magnetron sputtering; magnetron sputtering; nanomagnetism; nanomagnetismo; nanoparticles; nanopartículas

O desenvolvimento de novos métodos de produção de partículas nanométricas tem sido um dos pontos focais nos últimos anos na pesquisa em ciência de materiais. As nanopartículas (NPs) são utilizadas em eletrônica, biotecnologia, química e na indústria em geral devido às suas propriedades catalíticas, elétricas, ópticas ou magnéticas. Este trabalho consiste no desenvolvimento de um método físico para a produção de nanopartículas magnéticas utilizando um canhão magnetron sputtering radial desenvolvido por nós, baseado no método de agregação gasosa. Na montagem, as amostras foram preparadas no canhão de NP, instalado como um novo canhão em um sistema de magnetron sputtering comercial. Normalmente, o sistema de sputtering opera a uma pressão de 5 mTorr na câmara principal. No entanto, no canhão de NP, existe uma pressão interna de 780 mTorr, sob o fluxo de Ar de 80 sccm. Os átomos removidos do alvo são termalizados pelo fluxo de Ar e condensados para formar NPs, que são extraídos do canhão de NP aerodinamicamente, indo em direção ao substrato. O dispositivo é capaz de produzir filmes de NPs de diferentes metais, incluindo metais ferromagnéticos, e também co-depositar as NPs simultaneamente com outro filme de sputter. Foram produzidas NPs de Cu e Co. As NPs de Cu foram produzidas com diâmetro médio de 5,79(8) nm e desvio padrão de 2,97(5) nm, com cristalinidade compatível com a estrutura FCC. As NPs de Co apresentaram diâmetro médio de 3,88(3) nm e desvio padrão de 1,74(2) nm, com cristalinidade compatível com as estruturas FCC e HCP. As NPs de Co apresentaram comportamento ferromagnético quando produzidas sozinhas, dada a aglomeração de NPs no substrato. Porém, quando co-depositados com filmes de Si3N4, a aglomeração de NPs no substrato foi minimizada e as amostras apresentaram comportamento superparamagnético. Este comportamento foi descrito combinando a função de Langevin e uma distribuição de diâmetros. NPs de Co intercaladas com Si3N4 apresentaram diâmetro médio de 3,1(1) nm e desvio padrão de 1,2(1) nm. NPs de Co cobertas com Si3N4 apresentaram diâmetro médio de 3,8(2) nm e desvio padrão de 2,2(2) nm. Ambas as amostras apresentaram envelhecimento, com uma perda de 66% das NPs de Co, após uma semana.