Irradiação de polímeros com feixe de elétrons: caracterização de íons positivos através da técnica de tempo-de-vôo

Abstract

With the aim of studying the interaction of fast electrons with solid surfaces we have developed an experimental set-up based on electron stimulated desorption (ESD) coupled to time-of-flight (TOF) mass spectrometry. Poly(methyl methacrylate) and poly(vynil chloride) samples have been irradiated by a pulsed electron beam of 1.2 keV and 0.18 µs FWHM. The results show that H + is the main ionic species to desorb after electron bombardment. In addition, other ionic fragments were also observed and assigned. These results show the potentiality of this technique in the study of ESD of polymers.Keywords: electron stimulated desorption; time-of-flight spectrometer; polymers. INTRODUÇÃOPara os pesquisadores que atuam na área de Ciência de Superfí-cies é muito importante obter um conhecimento elementar da superfície em estudo e mais importante ainda é o conhecimento das espé-cies moleculares, que estão na superfície. Uma das técnicas mais poderosas de análise superficial é a Espectroscopia Auger (AES -"Auger Electron Spectroscopy") 1 . Esta técnica fornece informação elementar, com exceção do hidrogênio e do hélio. Todavia, ela não fornece informação em relação ao estado químico das espécies adsorvidas na superfície, ou seja, espécies moleculares na superfície não podem ser detectadas. Outra técnica que fornece informação química direta sobre a superfície é a dessorção induzida por laser utilizando uma matriz especial, que absorve a radiação laser (MALDI -"Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization") 2-4 . Apesar de ser possível atualmente fazer uma varredura do laser pela superfície com resoluções laterais da ordem de mícrons 4 , a técnica necessita de uma matriz, o que elimina a possibilidade de se estudar amostras in situ, além de ser altamente destrutiva. Uma das técnicas que mais se desenvolveu nos últimos 20 anos na área de análise de superfícies é a técnica de espectrometria de massas de íons secundários formados a partir do impacto de íons primários monoatômicos ou poliatômicos com a superfície (SSIMS -"Static Secondary Ion Mass Spectrometry") 5-7 . Esta técnica pode fornecer informação química de monocamadas adsorvidas sobre todos os tipos de superfícies e pode vir a ser a técnica preferida para análise química superficial em um futuro próximo. Entretanto, esta técnica também apresenta desvantagens: o baixo rendimento dos íons secundários, o efeito da matriz e as grandes seções de choque de dano, que limitam o uso da técnica abaixo do limite estático 7 , onde uma corrente de íons primários muito baixa tem que ser usada (nunca maior que 10 13 íons.cm -2 ), com a finalidade de garantir que menos de 1% dos átomos ou moléculas superficiais recebam um impacto iônico.A utilização de elétrons rápidos apresenta uma série de vantagens com respeito às técnicas analíticas mencionadas acima. Em primeiro lugar, o dano produzido por elétrons nas amostras é muito menor que aquele decorrente de um laser ou de um íon de alta energia [8][9] . Segundo, é de se esperar que o efeito de matriz seja menor que no caso de SSIMS, devido...

Dessorção iônica e degradação de filmes de polipirrol dopado com dodecilsulfato induzidas por elétrons de alta energia

“…A técnica de dessorção iônica induzida por feixe de elétrons ou fótons pode fornecer informações importantes com relação aos processos de fragmentação de diferentes polímeros 17,18,22 . Acredita-se que o principal processo que governa a dessorção iônica nestes materiais quando expostos à radiação de alta energia é o processo Auger, que pode ser descrito de forma simplificada como um processo de relaxação decorrente da excitação (Auger Ressonante) ou ionização (Auger Normal) de um elétron de camada interna.…”

“…Derivados do politiofeno foram estudados utilizando-se técni-cas de dessorção iônica através da interação com fótons 22 e elé-trons 17 . O poli(3-metiltiofeno) foi estudado através da técnica de dessorção iônica estimulada por fótons (PSID -"Photon Stimulated Ion Desorption"), apresentando fotofragmentação seletiva quando irradiado com fótons de energia correspondente à borda K do enxofre (~2400 eV) 22 .…”

“…O poli(3-metiltiofeno) foi estudado através da técnica de dessorção iônica estimulada por fótons (PSID -"Photon Stimulated Ion Desorption"), apresentando fotofragmentação seletiva quando irradiado com fótons de energia correspondente à borda K do enxofre (~2400 eV) 22 . O efeito da irradiação do filme de poli(3-hexiltiofeno) com elétrons de baixa energia foi estudado através de fluorescência, XPS, EELS e ESID de íons positivos e negativos, utilizando-se elétrons primários de 0,5 keV 17 .…”

“…Entretanto, poucos grupos têm concentrado esforços para a compreensão detalhada dos processos originários destas interações. Até o presente momento, os estudos da interação de elétrons e fótons com polímeros condutores baseiamse nas alterações das propriedades físicas e químicas do material devido à irradiação, que são verificadas através de técnicas eletroquímicas e morfológicas 10,20,21 .A técnica de dessorção iônica induzida por feixe de elétrons ou fótons pode fornecer informações importantes com relação aos processos de fragmentação de diferentes polímeros 17,18,22 . Acredita-se que o principal processo que governa a dessorção iônica nestes materiais quando expostos à radiação de alta energia é o processo Auger, que pode ser descrito de forma simplificada como um processo de relaxação decorrente da excitação (Auger Ressonante) ou ionização (Auger Normal) de um elétron de camada interna.…”

“…Acredita-se que o principal processo que governa a dessorção iônica nestes materiais quando expostos à radiação de alta energia é o processo Auger, que pode ser descrito de forma simplificada como um processo de relaxação decorrente da excitação (Auger Ressonante) ou ionização (Auger Normal) de um elétron de camada interna. Após a emissão do elétron Auger, ocorre a formação de buracos em orbitais de valência que levam à fragmentação e dessorção de íons positivos, devido à repulsão coulômbica entre os buracos formados (explosão coulômbica), dando origem ao mecanismo conhecido como ASID ("Auger Stimulated Ion Desorption").Derivados do politiofeno foram estudados utilizando-se técni-cas de dessorção iônica através da interação com fótons 22 e elé-trons 17 . O poli(3-metiltiofeno) foi estudado através da técnica de dessorção iônica estimulada por fótons (PSID -"Photon Stimulated Ion Desorption"), apresentando fotofragmentação seletiva quando irradiado com fótons de energia correspondente à borda K do enxofre (~2400 eV) 22 .…”