Caracterización de films cerámicos y poliméricos mediante porosimetría elipsométrica

M. C. FUERTES; N. LÓPEZ ABDALA; G. ABUIN; H. CORTI; P. C. CAVALLO; C. A. BARBERO; D. F. ACEVEDO

Rosario

Conferencia; XVIII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2013

Asociación Argentina de Fisicoquímica y Química Inorgánica

Introducción y objetivos: La porosimetría elipsométrica (PE) es una técnica que permite determinar espesores e índices de refracción de películas densas o porosas en una atmósfera de humedad relativa (HR) controlada. En particular, para recubrimientos porosos, se pueden construir isotermas de adsorción y desorción de agua a partir de la variación del índice de refracción efectivo con la HR, y determinar porosidades y distribuciones de tamaños de poros. Con esta técnica pueden caracterizarse films de una o más capas soportados sobre sustratos diversos (vidrio, silicio, oro, etc.). En este trabajo se presentan ejemplos de caracterización mediante PE de diferentes materiales soportados: óxidos, polianilinas (PANI) y NAFION. Resultados y conclusiones: Primero, se determinaron espesores y porosidades de films cerámicos de SiO2 y TiO2 sintetizados por sol-gel, con aplicaciones en recubrimientos antirreflectantes de celdas solares de silicio. Se optimizaron los espesores y las constantes ópticas de los films para dicha aplicación y se determinó la disminución de su porosidad en función del tratamiento térmico (ver en la figura las isotermas obtenidas para TiO2). Para SiO2, se encontró un rango óptimo de espesores entre 80 y 100 nm, y para TiO2 entre 30 y 50 nm. El tratamiento térmico que permitió minimizar la porosidad en ambos sistemas fue 2 hs a 350°C más 15 min a 700°C [1]. Además, se realizaron isotermas de adsorción y desorción de agua de películas de diversos óxidos con poros monodipersos en la mesoescala. Se determinaron los tamaños de poros, cuyos diámetros varían entre 3 y 10 nm, y se estudiaron las propiedades de sorción de estas películas con el objetivo de integrarlas en sensores de humedad resistentes a radiación. Se estudió también el hinchamiento de membranas poliméricas de alto interés tecnológico como PANI y NAFION. Para membranas de PANI de 150 nm de espesor soportadas sobre oro, el espesor se incrementó hasta 170 nm para una HR>70%, indicando que el agua es adsorbida hinchando el polímero. Además, se midieron membranas de NAFION soportadas sobre diversos sustratos de espesores variables entre 80 y 1000 nm. Se determinó que la adsorción de agua en membranas de espesor nanométrico es significativamente menor que en membranas masivas y que el comportamiento a la sorción es dependiente del tipo de sustrato [2]. [1] M. C. Fuertes, M.P. Barrera, J. Plá, Thin Solid Films 2012, 520, 4853. [2] G. Abuin, M.C. Fuertes, H. Corti, J. Membrane Sci., en prensa.