Desenvolvimento de um sensor para quantificação de forças em experimentos in situ de microscopia eletrônica

Autor(es)

Vitor Toshiyuki Abrão Oiko

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb Wataghin
• Data de defesa: 2014-02-06

Membros da banca

Daniel Mário Ugarte; Rodrigo Prioli Menezes; Bernardo Ruegger almeida Neves; Kleber Roberto Pirota; Fernando Alvarez

• Orientador: Daniel Mário Ugarte; Varlei Rodrigues

Resumo

O estudo de nano-sistemas tem atraído grande atenção nos últimos anos, principalmente devido às suas possíveis e novas aplicações tecnológicas. Muitos esforços tem sido feitos nessa área, porém há ainda várias questões em aberto com relação a compreensão de nanoestruturas. Um dos principais desafios diz respeito à manipulação e o posicionamento controlado de nanoobjetos, juntamente com a quantificação das forças envolvidas e a caracterização das propriedades mecânicas em nanoescala. Muitos avanços foram atingidos combinando-se a microscopia eletrônica de varredura (SEM) e a de força atômica (AFM), realizando experimentos in situ que aproveitam a resolução e a formação de imagens do SEM, e a capacidade de medir forças em sistemas nanométricos do AFM. Nesta tese discutimos a quantificação de forças de intensidade < N, aplicadas em experimentos de nanomanipulação in situ de SEM, através do desenvolvimento de um sensor baseado no uso de diapasões de quartzo (tuning fork). Abordamos os aspectos técnicos relevantes à construção do sensor e seu funcionamento, desde o problema de se medir forças da ordem de nN em nano-objetos individuais, até sua aplicação em sistemas dessa dimensão. Pontos fundamentais do desenvolvimento como a definição da sua configuração, da eletrônica de aquisição e da metodologia de calibração e de aplicação são tratados em detalhe. Um processo de calibração baseado na deformação in situ de cantilevers de AFM é utilizado para permitir a quantificação da força. Subsequentemente a medida dos valores é feita exclusivamente através das curvas de ressonância do tuning fork, independendo completamente das imagens de microscopia. Forças no intervalo de 1-100 nN foram medidas, e a aplicação do sensor foi dada no intervalo de 4-40 nN. A precisão obtida na quantificação foi de alguns nN, ?F ?1-4 nN. O sistema foi testado em experimentos de deformação de bundles de nanotubos de carbono in situ em um SEM, nos quais medimos quantitativamente a influência das forças de van der Waals no atrito dinâmico durante o escorregamento entre nanotubos. As forças obtidas nesses experimentos variaram entre 14-35 nN (AU)

• Processo FAPESP: 10/51028-4 - Estudos de nanomanipulacao e caracterizacao de nano-objetos individuais por experimentos in situ de microscopia eletronica.
• Beneficiário: Vitor Toshiyuki Abrão Oiko
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado