Obtenção de filmes de TiO2 com propriedades fotoinduzidas sobre aço AISI 1015 utilizando tecnologias de plasma - Dianclen do Rosário Irala (2013)
Este trabalho apresenta um estudo sobre a obtenção de filmes de TiO2 cristalinos e com propriedades fotoinduzidas, utilizando tecnologias de plasma, sobre substratos de aço carbono AISI 1015. É bem conhecido que a nitretação a plasma contribui para aumentar a adesão de filmes e a resistência à corrosão de substratos metálicos. No entanto, os estudos sobre propriedades fotocatalíticas do TiO2 sobre substratos de aço não investigam o uso de aço carbono nitretado. O principal objetivo deste trabalho é investigar a deposição de filmes de TiO2 fotocatalíticos sobre aço carbono nitretado a plasma, obtido através de um tratamento duplex que envolve a nitretação a plasma e a subsequente deposição por pulverização catódica (sputtering). Para tanto, o processo de pesquisa foi dividido em duas partes: (i) determinação de condições de deposição apropriadas para a obtenção de filmes cristalinos de TiO2 semicondutor, utilizando as técnicas de deposição a plasma conhecidas por magnetron sputtering convencional (MS) e triodo magnetron sputtering (TMS). (ii) Estudo dos processos fotoinduzidos dos filmes cristalinos de TiO2 semicondutor sobre amostras de aço carbono AISI 1015 nitretadas e não nitretadas a plasma. Na primeira etapa os filmes foram depositados em vidro para determinação da composição química por espectrometria de retroespalhamento de Rutherford (RBS) e da energia de band gap ótico (Tauc plot). As amostras foram caracterizadas por difração de Raios X (DRX), perfilometria, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia de força atômica (AFM). A fotoatividade dos filmes foi avaliada através do efeito de hidrofilicidade fotoinduzida por meio do monitoramento da molhabilidade das superfícies e do efeito de fotocatálise heterogênea por meio da degradação do corante azul de metileno (AM). Os filmes de TiO2 cristalinos obtidos sobre vidro foram depositados pelas técnicas de sputtering reativo (MS e TMS) com alvo em modo óxido e apresentaram predominantemente a fase anatase A(101) com energias de band gap em torno de 3,4 eV. Sobre os substratos de aço, foram realizadas deposições por TMS com alvo em modo óxido, pressão de 7,1 mTorr (10,6 sccm O2 / 3,2 sccm Ar), potência de 475 W e temperatura do substrato em 290 C durante 120 minutos. Em substratos de aço não nitretados, somente a fase anatase A(101) é obtida. Os pré-tratamentos de nitretação a plasma (80%N2/20%H2 e 20%N2/80%H2, 2,0 Torr, 5,0 horas, 350 C) aumentam a rugosidade do substrato e exercem um papel importante no crescimento do filme de TiO2, favorecendo o crescimento da fase rutile. A modificação da rugosidade da superfície do substrato pelo pré-tratamento de nitretação a plasma afeta a molhabilidade dos filmes não fotoativados de TiO2. Todos os filmes cristalinos de TiO2 depositados sobre o aço tornam-se superhidrofílicos sob a irradiação ultravioleta e permanecem neste estado por pelo menos 24 horas. O filme de TiO2 depositado sobre o substrato de aço não nitretado apresenta um desempenho fotocatalítico ligeiramente superior aos filmes de TiO2 depositados sobre os substratos de aço pré-nitretados a plasma.