8/13/2019 Caracterizarea Straturilor Subtiri Prin SPD

1/14

CARACTERIZAREA STRATURILOR SUBIRIOBINUTE PRIN SPD.

INVESTIGAREA PROPRIETILOR DE SUPRAFEE ANALIZE DE

UNGHI DE CONTACT

Tensiunea superficial este proprietatea general a lichidelor de a lua o form

geometric de arie minim n lipsa forelor externe, datorat aciunii forelor de coeziune dintre

moleculele lichidului. Aceast proprietate face ca poriunea de suprafa a lichidului s fie atras

de alt suprafa, cum ar fi cea a unei alte suprafee de lichid, ca n cazul fuzionrii picturilor de

ap sau a formrii de sfere din picturile de mercur. Tensiunea superficial este cauzat de

atracia dintremoleculelelichidului prin intermediulforelor intermoleculare.n interiorul masei

lichidului, fiecare molecul este tras n egal msur n toate direciile de ctre moleculele

nvecinate, ce are ca rezultant o for nul. La suprafaa lichidului, moleculele sunt trase nspre

interior de alte molecule aflate n adncimea lichidului i nu at t de intens de moleculele din

mediul nvecinat (fie el vid, aer sau un alt lichid).

Una din metodele prin care se cunatificcomportarea la umezire a unei suprafee este de

a msura unghiul su de contact. Unghiul de contacteste unghiul n care interfaa unui lichid/a

unor vapori ntlnete suprafaa solid dup cum este ilustat n Fig.5.1.

Fig.5.1.Msurarea unghiului de contact static a unei picturi de ap de pe o suprafa

solid de grsime

http://ro.wikipedia.org/wiki/Lichidhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Lichidhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Ap%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Ap%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Molecul%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Molecul%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Molecul%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/For%C8%9B%C4%83_intermolecular%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/For%C8%9B%C4%83_intermolecular%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/For%C8%9B%C4%83_intermolecular%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/For%C8%9B%C4%83_intermolecular%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Molecul%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Ap%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Lichid

8/13/2019 Caracterizarea Straturilor Subtiri Prin SPD

2/14

1

Unghiul de contact dintre o pictur de lichid i o suprafa solid este un indicator

sensibil al modificrilor energiei superficiale i ale structurii chimice i supramoleculare pe

suprafa; cunoaterea lui permite estimarea tipului de interaciune dintre acea suprafa i lichid

i are multiple aplicaii n procese de splri, vopsiri, tiprire, lipire, laminare etc. sau la

producerea de compozite cu rezisten mecanic bun.

Mai mult, studii actuale n nanotehnologie au stimulat dezvoltarea de noi materiale cu

suprafee hidrofobe i interfee cu adeziune i frecare reduse, unghiul de contact static ntre

pictura de ap i suprafa fiind cel care caracterizeaz hidrofobicitatea suprafeei. ntre

metodele de msurare ale unghiului de contact, metoda picturii aezate este foartemult utilizat,

date fiind avantajele pe care aceasta le reprezint. Astfel, se analizeaz forma meniscului unei

picturi puse pe suprafaa care urmeaz a fi examinat: este vorba despre o cantitate foarte mic

de lichid, a crei observare se realizeaz cu un sistem adecvat de iluminare i camere de luatvederi.

Incertitudinile n estimarea unghiului provin de la localizarea liniei de baz, de la

identificarea punctului triplu de contact solid-lichid-aer i de la trasarea tangenei n acest punct.

Exist un procedeu numeric (model axisimetric de analiz a formei sau abreviat ADSA) care

permite erori de numai 0.1. Multe tipuri de suprafee nu sunt ideale, adic netede, plane i

omogene: suprafeele textile sunt, pn la un punct, rugoase, depinznd de structura firului i a

esturii, a felului n care fibrele din fir se aranjeaz n produs. Udarea suprafeelor textile devineun proces complicat legat de rugozitate, eterogenitate, difuzia lichidului n fibre, aciunea

capilar a ansamblului de fibre; de aceea, se poate msura mai degrab un unghi de contact

aparent al sistemului lichid-estur, unghi care este diferit de cel real.

La institut s-a utilizat un aparat un aparat marca EasyDrop, folosit pentru msurare de

unghiuri de contact, tensiuni superficiale ale lichidelor, energia liber de suprafa a solidului.

(fig. 5.2., 5.3.)

8/13/2019 Caracterizarea Straturilor Subtiri Prin SPD

3/14

2

F

ig.5.1.Dispresia

unei

picturi

8/13/2019 Caracterizarea Straturilor Subtiri Prin SPD

4/14

3

Fig. 5.2.

Repreze

ntarea

unghiur

ilor de

contact

pe o

pictur

Concluzii:Suprafetele pot fi clasificate in functie de unghiul lor de contact asa cum este ilustrat

in tabelul de mai jos.

Daca valoarea este sper 30 este definita ca hidrofila, daca este este spre 90 este definita

hidrofoba.

8/13/2019 Caracterizarea Straturilor Subtiri Prin SPD

5/14

4

Bibliografie

1. http://aparatemasura.wordpress.com/category/aparatura-de-laborator/echipamente-pentru-analize-fizico-chimice/instrumente-pentru-caracterizare-interfata-solid-lichid-unghi-de-contact-

tensiune-superficiala-si-interfaciala-etc/unghi-de-contact/

2. http://nanoyou.eu/attachments/502_RO%20-%20EXPERIMENT%20D3_Student%20background%20reading.pdf

3. http://ro.wikipedia.org/wiki/Tensiune_superficial%C4%83#Exemple_sugestive_pentru_efectele_tensiunii_superficiale

CARACTERIZAREA STRATURILOR SUBIRIOBINUTE PRIN SPD.

http://aparatemasura.wordpress.com/category/aparatura-de-laborator/echipamente-pentru-analize-fizico-chimice/instrumente-pentru-caracterizare-interfata-solid-lichid-unghi-de-contact-tensiune-superficiala-si-interfaciala-etc/unghi-de-contact/http://aparatemasura.wordpress.com/category/aparatura-de-laborator/echipamente-pentru-analize-fizico-chimice/instrumente-pentru-caracterizare-interfata-solid-lichid-unghi-de-contact-tensiune-superficiala-si-interfaciala-etc/unghi-de-contact/http://aparatemasura.wordpress.com/category/aparatura-de-laborator/echipamente-pentru-analize-fizico-chimice/instrumente-pentru-caracterizare-interfata-solid-lichid-unghi-de-contact-tensiune-superficiala-si-interfaciala-etc/unghi-de-contact/http://aparatemasura.wordpress.com/category/aparatura-de-laborator/echipamente-pentru-analize-fizico-chimice/instrumente-pentru-caracterizare-interfata-solid-lichid-unghi-de-contact-tensiune-superficiala-si-interfaciala-etc/unghi-de-contact/http://nanoyou.eu/attachments/502_RO%20-%20EXPERIMENT%20D3_Student%20background%20reading.pdfhttp://nanoyou.eu/attachments/502_RO%20-%20EXPERIMENT%20D3_Student%20background%20reading.pdfhttp://nanoyou.eu/attachments/502_RO%20-%20EXPERIMENT%20D3_Student%20background%20reading.pdfhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Tensiune_superficial%C4%83#Exemple_sugestive_pentru_efectele_tensiunii_superficialehttp://ro.wikipedia.org/wiki/Tensiune_superficial%C4%83#Exemple_sugestive_pentru_efectele_tensiunii_superficialehttp://ro.wikipedia.org/wiki/Tensiune_superficial%C4%83#Exemple_sugestive_pentru_efectele_tensiunii_superficialehttp://ro.wikipedia.org/wiki/Tensiune_superficial%C4%83#Exemple_sugestive_pentru_efectele_tensiunii_superficialehttp://ro.wikipedia.org/wiki/Tensiune_superficial%C4%83#Exemple_sugestive_pentru_efectele_tensiunii_superficialehttp://nanoyou.eu/attachments/502_RO%20-%20EXPERIMENT%20D3_Student%20background%20reading.pdfhttp://nanoyou.eu/attachments/502_RO%20-%20EXPERIMENT%20D3_Student%20background%20reading.pdfhttp://aparatemasura.wordpress.com/category/aparatura-de-laborator/echipamente-pentru-analize-fizico-chimice/instrumente-pentru-caracterizare-interfata-solid-lichid-unghi-de-contact-tensiune-superficiala-si-interfaciala-etc/unghi-de-contact/http://aparatemasura.wordpress.com/category/aparatura-de-laborator/echipamente-pentru-analize-fizico-chimice/instrumente-pentru-caracterizare-interfata-solid-lichid-unghi-de-contact-tensiune-superficiala-si-interfaciala-etc/unghi-de-contact/http://aparatemasura.wordpress.com/category/aparatura-de-laborator/echipamente-pentru-analize-fizico-chimice/instrumente-pentru-caracterizare-interfata-solid-lichid-unghi-de-contact-tensiune-superficiala-si-interfaciala-etc/unghi-de-contact/

8/13/2019 Caracterizarea Straturilor Subtiri Prin SPD

6/14

5

TESTAREA N CONDIII AGRESIVE DE MEDIU. STUDIUL

FENOMENULUI DE COROZIUNE/EROZIUNE

Coroziunea este un proces de distrugere a materialelor metalice sub actiunea chimica sau

electrochimica a mediului nconjurator sau a substantelor cu care acestea vin n contact.

Procesele chimice si electrochimice se desfasoara la interfata metal-mediu agresiv, deci reactiile

sunt eterogene. Spre deosebire de coroziune, eroziunea reprezinta un proces mecanic de

distrugere a suprafetei metalelor. Deseori coroziunea si eroziunea actioneaza simultan asupra

suprafetelor metalice. n cazurile cnd aceste fenomene actioneaza separat provoaca distrugeri cu

aspect att de asemanator nct adevarata cauza se stabileste n urma unui studiu amanuntit.

Notiunea de rezistenta la coroziune se exprima adesea prin termeni echivalenti : stabilitate

chimica, rezistenta anticoroziva, pasivitatea metalului (atunci cnd stare metalului n mediul dat

nu se schimba o perioada ndelungata de timp).Coroziunea, ca termen tehnic este folosit att n

geologie (diluarea mineralelor de ctre ap-dioxid de carbon) ct i n medicin (influena

negativ a unei inflamaii asupra esuturilor).

Procesul de coroziune se desfoar spontan, deoarece sistemul metal mediu difuziune este

mai puin stabil termodinamic dect sistemul compus chimicmediu difuziune.

Dup mecanismul coroziunii se pot distinge patru tipuri de coroziuni i anume:

o Coroziunea chimic;o Coroziunea biochimic;o Coroziunea mecanochimic;o Coroziunea electrochimic.

Reaciile procesului de coroziune

Coroziuneanaturaleste, cel mai frecvent, un proces nedorit prin care multe metale cu

poteniale deoxidarepozitive sau slab negative sunt transformate n compui chimici ai lor.

Binecunoscut i deosebit de pgubitoare pentru economie este ruginirea fierului. Pentru ca

fierul s rugineasc este necesar prezena simultan a aerului i apei. n aer uscat fierul nu

ruginete, nici napdeoxigenat. Prezenaacizilor i a anumitor sruri(de ex. a celor din apa de

8/13/2019 Caracterizarea Straturilor Subtiri Prin SPD

7/14

6

mare, NaCl, MgCl2, etc.) favorizeaz mult coroziunea. Alte sruri (de ex. Na2CO3) dimpotriv

inhib coroziunea. Reaciile care au loc la ruginirea fierului sunt urmtoarele:

Fe -----> Fe + 2 (a) 2H2O + 2 ----> 2H + 2H2O (b)

Dac, concentraia ionilor dehidrogen este mare i deci reaciile (a) i (b) sunt rapide,

atomii de hidrogen care se formeaz se unesc dndmolecule de hidrogen; pe suprafaa fierului

apar broboane de hidrogen gazos (2H ---> H2). n mod normal atomii de hidrogen reacioneaz

ns cu moleculele de oxigen, dizolvate n ap, dnd ap:

2H + 1/2O2(soluie) ---> H2O (c)

Ionii Fe formai n reacia (a) reacioneaz cu ap coninnd oxigen (din aer, dizolvat) i dau

rugina (identic cu mineralul lepidocrocita;), n care fierul este n starea de oxidare +3:

2Fe + 1/2 O2 + 7H2O ---> 2Fe(O)OH + 4 H2O (d)

n reacia (d) se formeaz deci ioni de hidrogen, care se consum n reacia (b). Apa natural

conine ntotdeauna puin bioxid de carbon dizolvat, care, la aceste concentraii joase, formeaz

cu apa acid carbonic

CO2+H2O ---> H2CO3.

n mare parte ionizat H2CO3 + H2O ---> H2O + HCO3. Aceste concentraii joase de ioni de

hidrogen sunt suficiente pentru a iniia ruginirea.

Reaciile (a) i (b) nu au loc neaprat n acelai punct al bucii de fier care ruginete.

Electronii ce iau natere n reacia (a) pot curge prin fier i da natere la atomi H n alt loc.

Procesul acesta este mult favorizat dac n acest al doilea punct se afl (n contact metalic cu

fierul) un alt metal , o impuritate, cu potenial de oxidare mai puin pozitiv dect fierul (de ex.

cupru). Chiar in fierul industrial obinuit, unele puncte ale suprafeei ("puncte anodice") sunt mai

reactive, dau natere mai uor unor ioni Fe, conform reaciei (a). n alte puncte ("puncte

catodice") are loc reacia (b). Diferena ntre potenialele punctelor anodice i catodice sedatoreaza unor mici variaii locale n compoziia sau chiar numai n forma cristalin a metalului.

Evident c, simultan cu circulaia electronilor prin metal, trebuie s aib loc i un transport de

ioni n circuitul exterior (de ex. prin pmntul umed, la obiecte de fier ngropate). De aceea

electroliii accelereaz mult coroziunea.

Scurt sumar:dac apa nu este chimic tratat, componentele de cupru a unui sistem acvifer

accelereaz coroziunea componentelor de fier si atunci fierul este toxic.

8/13/2019 Caracterizarea Straturilor Subtiri Prin SPD

8/14

7

Protecie coroziv n sisteme acvifere

Componente fieroase(oel negru, font, oel inoxidabil) Materiale fieroase fr aliaj

sau cu un aliaj redus corodeaz la prezena apei i a oxigenului compunnd oxid de fier (rugin,

nmol de rugin). Prin urmare un obiectiv important a proteciei anticorozive este de a mpiedica

ptrunderea oxigenului n sistem i/sau legarea chimic a oxigenului aflat n sistem. n plus este

nevoie setarea valorii pH ntr-un domeniu uor alcalin. Mai departe este foarte avantajos

utilizarea n sistem a unei ape cu coninut de sruri redus.Componente de cupru(cupru,

aram, bronz, alam) Aceste materiale au o bun rezisten fa de ape uor alcaline i srace n

oxigen.

Testri

Testele de coroziune in mediu controlat au fost realizate in camera de cea salin (fig.47), conform standardului SR EN 60068-2-11:2001. Metoda utilizat pentru testarea plcilor de

absorbie a fost metoda Ka. Conform standardului utilizat, testarea s-a realizat timp de 144 de ore

cu aspectri intermediare la 24, 48 i 72 de ore. Concentraia soluiei de NaCl utilizat a fost de

3,5%. Cantitatea de soluie pulverizat, determinat prin colectarea in timpul pulverizrii a fost

de 1-2ml/or.

Temperatura in camera de cea a fost meninut constant la +35oC ( }0,50C). Capacitatea

camerei de cea este de 1m3.

8/13/2019 Caracterizarea Straturilor Subtiri Prin SPD

9/14

8

Fig. 6.1. Camera climatic PURE LAB

Pentru atmosfere controlate Balan pentru cntrirea n vid Pstrarea substanelor foarte sensibile Mnui pentru prevenirea contaminrii

8/13/2019 Caracterizarea Straturilor Subtiri Prin SPD

10/14

9

APARATE EXISTENTE LA INSTITUT

La Institutul de Cercetare al Universitii Transilvania din Braov exist o multitudine de

aparate de msur, de testri. Dintre acestea, n acest material sunt prezentate urmtoarele:

1.Main universal pentru testarea proprietilor mecanice (Zwich)(fig. 1.1.)

Fig. 1.1..Maina universal pentru testarea proprietilor mecanice

Determinarea proprietilor statice i mecanice ale unui material Permite testarea materialelor plastice, carbonice, metalice moi i textile; Permite msurarea rezistenei la traciune, compresiune i ncovoiere

2.Moar (fig.2.1.)

Mcinarea diferitelor componente (n special pentru compozite) Dimensiuni ale granulelor sub 1 mm

8/13/2019 Caracterizarea Straturilor Subtiri Prin SPD

11/14

10

Fig. 2.1.Moar

3.Aparat de testat rezistena la impact (fig. 3.1.)

Ciocan lovete proba pn cnd aceasta cedeaz Evalueaz rezultatele impactului cu ajutorul unui soft

Fig.3.1.Aparat de testare a impactului, marca GALDABINI IMPACT 25

8/13/2019 Caracterizarea Straturilor Subtiri Prin SPD

12/14

11

4.Spectrometru UV VIS Spectrom PELKIN ELMER si IR Vertex 70 Bruker

(fig.4.1., 4.2.)

Fig. 4.1.Spectrometre UV Fig.4.2.. Spectrometre IR

5.Spectrometru de absorbie atomic (AAS)

Determinarea concentraiilor materialelor O lamp spectral pentru fiecare material Materialul s fie n concentraii mici (n funcie de utilizare) localizate n ap, sol Lichide/solide

6.Elipsometru

Evalueaz straturi subiri (ex: straturi obinute prin SPD)

Determinarea grosimii straturilor Lumin polarizat interacioneaz cu materialul lumin reflectat model optic

7. Analizor elementar TOC L(fig.7.1.)

Masurarea continutului de carbon din ape, ape reziduale, soluri, nmoluri, sediment, aer etc.

8/13/2019 Caracterizarea Straturilor Subtiri Prin SPD

13/14

12

Fig.7.1. TOC L

8. Porosimetru (Fig.8.1.)

Dimensionare pori Analizeaz pulberi, dar i solide Dimensionri de mm Funcioneaz cu azot lichid

Fig.8.1.Porosimetru

8/13/2019 Caracterizarea Straturilor Subtiri Prin SPD

14/14

13

9.CBO5

Conine poluani biodegradabili din ap (dup 5 zile)Determina cantitate de substante organice care poate fi degradata prin actiunea bacteiilor (

biodegradabile) prezente in ape.

10.Microscop for atomic (AFM)

se vede pn la nivel de atom folosit pentru studiul straturilor subiri (suprafa la nivel nanomolecular) manipularea la scarnano nanolitografiere

11.Cromatograf de lichide (HLPC)

Metod dedicat amestecurilor pentru ape uzate Metod de analiz calitativ utilizat nbiochimieichimie analiticpentru separarea,

identificarea i cuantificarea compuilor

12.Microscop electronic cu baleaj (SEM)

analize de suprafa (ex: analizeaz modul de corodare la probe) analize pulberi pot fi studiate probe organice si anorganice, conductive sau neconductive electric, sub form

compact, de pulberi sau straturi subiri.

13. Poteniostat galvanostat

Proprietile electrice ale materialelor Studierea procesului de coroziune (ex: studiere celule fotovoltaice)

14.Robot Mitsubishi

Utilizat pentru pulverizare SPD Are n componen senzori

http://ro.wikipedia.org/wiki/Biochimiehttp://ro.wikipedia.org/wiki/Biochimiehttp://ro.wikipedia.org/wiki/Biochimiehttp://ro.wikipedia.org/wiki/Chimie_analitic%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Chimie_analitic%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Chimie_analitic%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Chimie_analitic%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Biochimie