Filmes nanoestruturados de prata autoformados por difusão térmica de nanopartículas em substratos vítreos ativos

Abstract

Este trabalho teve como objetivo a preparação e caracterização de um material híbrido constituído por um filme nanoestruturado de prata autoformado através da difusão térmica de nanopartículas de prata, em um substrato ativo de vidro oxifluoreto. A particularidade do mecanismo utilizado na obtenção do filme de prata suportado na matriz vítrea consiste em um processo bottom-up em que o precursor do filme é introduzido na própria composição deste substrato, na forma iônica. O material híbrido é composto por uma matriz vítrea PbF2-GeO2- Al2O3 contendo AgF, Ag2O ou AgNO3. As amostras vítreas foram obtidas pela fusão dos reagentes em forno resistivo. O filme de prata nanoestruturado, com aparência metálica, foi crescido, na superfície das amostras durante tratamento térmico em torno da temperatura de transição vítrea (Tg). A caracterização das amostras foi realizada por calorimetria exploratória diferencial (DSC), difração de raios-X de pó, microscopia de força atômica (AFM), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva de raio-X (EDS) e fotoeletrônica de raios-X (XPS). As análises de DSC sugerem que os íons de prata fazem parte da rede vítrea. Determinou-se o parâmetro de estabilidade de Saad e Poulain (S), que indicaram que a adição de prata na matriz vítrea aumenta sua estabilidade contra a desvitrificação. Por meio das imagens de AFM com medidas de rugosidade média (Ra) em áreas selecionadas na imagem, foi possível monitorar o crescimento dos filmes de prata nanoestruturados, em função do tempo de tratamento térmico em torno da Tg. As análises de MEV mostraram que o filme formado na superfície destas amostras apresenta uma nanoestrutura não-contínua, provavelmente sendo esta a razão da altíssima resistividade elétrica do filme. Entretanto, foi possível obter imagens por MEV dessas amostras, após a formação do filme de prata, sem necessidade de recobrimento por material condutor, sugerindo uma condutividade elétrica local. As análises de EDS e XPS confirmaram que a formação do filme de prata ocorre por meio de um processo de difusão de nanopartículas do interior para superfície das amostras. A análise de XPS também mostrou que o filme é constituído de prata metálica. O filme é resultado do processo bottom-up que se inicia com a redução da prata iônica, seguido de nucleação, crescimento e migração de nanopartículas metálicas. Pretende-se utilizar este novo material como substrato ativo para dispositivos nanoestruturados