Neste trabalho estuda-se a formação de novas fases de carbono amorfo
através da irradiação iônica de filmes de fulereno, a-C e a-C:H
polimérico. Os efeitos da irradiação iônica na modificação das
propriedades ópticas e mecânicas dos filmes de carbono irradiados são
analisados de forma correlacionada com as alterações estruturais a nivel
atômico. O estudo envolve tanto a análise dos danos induzidos no
fulereno pela irradiação iônica a baixas fluências, correspondendo a
baixas densidades de energia depositada, quanto a investigação das
propriedades físico-químicas das fases amorfas obtidas após irradiações
dos filmes de fulereno, a-C e a-C:H com altas densidades de energia
depositada. As propriedades ópticas, mecânicas e estruturais das
amostras são analisadas através de técnicas de espectroscopia Raman e
infravermelho, espectrofotometria UV-VIS-NIR, microscopias ópticas e de
força atômica, nanoindentação e técnicas de análise por feixe de íons,
tais como retroespalhamento Rutherford e análises por reação nuclear. As
irradiações produzem profundas modificações nas amostras de fulereno,
a-C e a-C:H, e por conseqüência significativas alterações em suas
propriedades ópticas e mecânicas. Após máximas fluências de irradiação
fases amorfas rígidas (com dureza de 14 e 17 GPa) e com baixos gaps
ópticos (0,2 e 0,5 eV) são formadas. Estas estruturas não usuais
correspondem a arranjos atômicos com 90 a 100% de estados sp2 Em geral
fases sp2 são planares e apresentam baixa dureza, como predito pelo
modelo de “cluster”. Entretanto, os resultados experimentais mostram que
as propriedades elásticas das novas fases formadas são alcançadas
através da criação de uma estrutura sp2 tridimensional. A indução de
altas distorções angulares, através da irradiação iônica, possibilita a
formação de anéis de carbono não hexagonais, tais como pentágonos e
heptágonos, permitindo assim a curvatura da estrutura. Utilizando um
modelo de contagem de vínculos é feita uma análise comparativa entre a
topologia (estrutura geométrica) de ligações C-sp2 e as propriedades
nanomecânicas. São comparados os efeitos de estruturas sp2 planares e
tridimensionais (aleatórias) no processo de contagem de vínculos e,
conseqüentemente, nas propriedades elásticas de cada sistema. Os
resultados mostram que as boas propriedades mecânicas das novas fases de
carbono formadas seguem as predições do modelo de vínculos para uma
rede atômica sp2 tridimensional. A formação de uma fase amorfa dura e
100% sp2 representa uma importante conquista na procura de novas
estruturas rígidas de carbono. A síntese da estrutura desordenada sp2
tridimensional e vinculada aqui apresentada é bastante incomum na
literatura. O presente trabalho mostra que o processo de não-equilíbrio
de deposição de energia durante a irradiação iônica permite a formação
de distorções angulares nas ligações sp2-C, possibilitando a criação de
estruturas grafíticas tridimensionais.
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