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Type: TESE
Title: Polimerização em plasmas de misturas de alguns hidrocarbonetos com nitrogênio e gases nobres
Author: Rangel, Elidiane Cipriano
Advisor: Moraes, Mário Antônio Bica de, 1939-
Abstract: Resumo: Filmes amorfos contendo carbono, hidrogênio e nitrogênio podem ser formados a partir de plasmas de descargas luminescentes de misturas de hidrocarbonetos com nitrogênio. Neste trabalho, os mecanismos de reação que ocorrem em plasmas de misturas de C2H2-N2-Ar-He e C6H6-N2-He são estudados. Espectroscopia de emissão óptica foi utilizada para caracterizar algumas espécies químicas de interesse presentes na descarga. Através de um método chamado actinométrico, o comportamento da concentração relativa de algumas espécies químicas da descarga foi estudado, de modo a entender melhor sua origem e seu papel na formação de outras espécies. Um método actinométrico transiente, baseado na interrupção do fluxo de um dos gases da alimentação do plasma e a subsequente observação das mudanças no ambiente da descarga com o tempo foi empregado. Através deste método pode ser estudada a importância de reações na fase gasosa e de reações plasma-superficie na determinação da composição de descargas luminescentes. As descargas foram produzidas em uma câmara de vácuo de aço inoxidável através da aplicação de radiofrequência (40 Mhz, 70W) entre dois eletrodos circulares e paralelos, internos à câmara. A injeção de gases na câmara foi controlada por fluxômetros de alta precisão. Através de uma janela de quartzo, onde um espectrômetro monocromador de alta resolução foi posicionado, o plasma pôde ser observado e os estudos espectroscópicos foram então desenvolvidos. Uma grande variedade de espécies químicas reativas foi observada na descarga e particular atenção foi dada às espécies CH e CN, possíveis precursores da- formação do filme. Observações do comportamento da concentração relativa da espécie CH mostraram que a geração desta espécie não é devida exclusivamente a fragmentação da molécula do acetileno por elétrons livres da descarga. Os resultados indicam que nitrogênio contribui para sua formação. Outro importante resultado obtido está relacionado com a formação de CN. Muito embora esta espécie seja gerada por reações na fase gasosa, reações plasma-superficie são de fundamental importância para sua produção na descarga. Um modelo para o mecanismo de formação de CN a partir da superfície do filme envolvendo metaestáveis do He é proposto a partir dos dados experimentais. A estrutura química dos filmes foi analisada através de espectroscopia infravermelha de transmissão. Nestes espectros fica evidente a incorporação de nitrogênio nos filmes quando N2 está presente na descarga, pelo aparecimento de bandas devidas a grupos amina e nitrila. Observou-se também, queda na densidade de ligações C - H na estrutura do filme à medida que a proporção de N2 foi aumentada na alimentação. Alguns mecanismos elementares de formação do filme envolvendo as espécies observadas espectroscopicamente na descarga são discutidos

Abstract: Amorphous hydrogenated nitrogenated carbon films can be deposited from glow discharges of hydrocarbon - nitrogen mixtures. In this work, the reaction mechanisms taking place in glow discharges of C2H2-N2-Ar-He and C6H6-N2-He mixtures are studied. Optical emission spectroscopy was used to investigate some chemical species of interest that were present in the discharge. U sing the so-called actinometric method, the behavior of relatives concentrations of some chemical species in the discharge was studied, to improve understanding of the origin of these species. A transient actinometric method, based on the interruption of the flow one of the feed gases and the subsequent observation of the time -dependent changes in the discharge, was employed. This method allowed examination of the importance of gas phase and plasma-polymer surface reactions in the determination of the composition of the discharge. The discharges were produced in a cylindrical steel chamber, by the application of radiofrequency power ( 40 MHz, 70 W) between intemal parallel-plate copper electrodes. The introduction of gases was controlled by mass flow controllers of high precision. The plasma could be observed, via a quartz window in the chamber wall, using a monochromator spectrometer of high resolution. Many reactive chemical species were observed in the discharge and special attention was given to CH and CN, possible precursors of film formation. The dynamic actinometric data for [CH] show that this species is not only formed by fragmentation of C2H2 molecules by free electrons from the discharge. The results indicate that nitrogen contributes to the formation of CH. Another important result obtained is related to the formation of CN . Although this species is generated by gas-phase reactions, plasma-polymer surface reactions are important in its production in the discharge. A mechanism for the production of CN from the film surface, involving metastable He atoms, is developed from the experimental data. The chemical structure of the films was investigated by transmission IR spectroscopy. From the IR spectra the incorporation of nitrogen into films when N2 is present in discharge was confirmed by the appearance of absorptions due to amine and nitrile groups. It was also observed that the density of C - H bonds decreases as the portion of N2 in the feed increases. Some elementary film formation mechanisms involving the species observed spectroscopically in the discharge are discussed.
Subject: Espectroscopia de plasma
PECVD
Filmes finos
Polimerização em plasma
Espectroscopia de infravermelho
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 1995
Appears in Collections:IFGW - Dissertação e Tese

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