Estudo da interface de sistemas automontados utilizando materiais híbridos Si/Au/liquidos iônicos

Abstract

A organização e a topografia de filmes ultrafinos de líquido iônico com deposição de nanopartículas de ouro (Au) funcionalizados sobre silício (Si) foi estudada utilizando as técnicas de AFM, XPS, TEM, LEIS, SEM, ângulo de contato e FTIR. Estes sistemas se mostram vantajosos devido ao seu potencial de aplicação em filmes finos lubrificantes e em especial na área de catálise. Os resultados de topografia indicam uma transição morfológica dependente da incorporação das nanopartículas (NP’s), antes disto havia uma estrutura em camadas lisas e regulares sobre o substrato de silício. Após a deposição das NP’s houve uma mudança drástica da morfologia e essa passou a apresentar característica esponjosa, em função do aumento da espessura, as NP’s ficam abaixo da superfície envoltas pelo líquido iônico, sendo notada a sua presença em poucos pontos da superfície quando o filme se torna mais espesso, o que pode ser atribuído à competição entre a fase sólida e o líquido iônico e forças de atração / coesão entre o ânion-cátion deste. Este efeito é considerado muito importante para a catálise, pois esta morfologia é reconhecida por favorecer a difusão do catalisador no meio. Da mesma forma a dispersão e o tamanho das NP’s não é modificado pelo tempo de deposição e sim pelo tipo de LI utilizado, sendo que os que apresentam maior coordenação na superfície da NP obtiveram melhor distribuição. Para verificação da interferência das camadas na hidrofobicidade/hidrofilicidade do sistema foi utilizada a técnica de caracterização de ângulo de contato, foi observada uma mudança significativa no ângulo de contato conforme a deposição das NP’s, sendo que grande parte das amostras desenvolveu um caráter hidrofílico. Também foi observado por XPS, no espectro de alta resolução do Au, que o líquido iônico envolve as NP’s estabilizando as mesmas, não havendo ou apresentando presença relativamente baixa de oxigênio ligado a metal, para o espectro de baixa resolução não foi observado presença de impurezas para o sistema analisado.

The organization and topography of ultrathin ionic liquid films with deposition of gold nanoparticles (Au) functionalized on silicon substrate (Si) have been studied by AFM, XPS, TEM, LEIS, SEM, contact angle and FTIR. Such systems has great importance due to their applications in thin film lubricants and catalysis. The result of topographic analysis, before the deposition of nanoparticles (NP’s), exhibits a structure in flat layers on the silicon substrate with low surface roughness, close to the pure silicon. After the deposition, a drastic change occurs in the morphology of the ionic liquid film, with increasing of the layer thickness the film exhibits a rough morphology, that indicates a transition resulting of the incorporation of NP’s. The NP’s are below the surface, surrounded by ionic liquid and their presence are perceptible in few points. When the film becomes thicker, porous morphology becomes predominant, which can be attributed to a competition between the ionic liquid and solid phases, and the forces of attraction / cohesion between the anion-cation of the liquid. This behavior is very important for catalysis process, since this type of morphology help the diffusion of the catalyst in the mean. Observing the spectrum of high-resolution XPS Au ionic liquid that surrounds the NP’s, stabilizing the same without the presence of oxygen bonded to metal. For the low-resolution spectrum the presence of impurities in the system were not observed.