Estudio de cristalización de agua por Microscopía de Fuerza Atómica

J. GELMAN CONSTANTIN; H. R. CORTI; MELISA M GIANETTI; M. P. LONGINOTTI

Santa Fe

Congreso; VII Encuentro de Física y Química de Superficies; 2016

Los estudios sobre la cristalización de agua son de especial interés en áreas como por ejemplo la meteorología, debido a que estos procesos son centrales en fenómenos como la modulación de la radiación solar y los flujos hidrológicos en la atmósfera. La Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) podría ser una técnica de gran utilidad para estudiar el crecimiento de hielo sobre superficies ya que tiene resolución nanométrica. A pesar de ello, nunca ha sido utilizada hasta el momento con dicho objetivo. Por el contrario, muchos trabajos han sido reportados sobre el estudio por AFM de la capa cuasi líquida (QLL por sus siglas en inglés, quasi liquid layer) formada sobre la superficie de hielo por debajo de la temperatura de fusión. En este trabajo, analizamos el crecimiento de hielo desde la fase vapor sobre una superficie,determinando cómo varían las curvas de fuerza con el tiempo. Las curvas medidas, muestran una zona donde la pendiente es negativa, correspondiente a la QLL, luego una zona de pendiente positiva que corresponde a la indentación de la capa de hielo formada, y luego una zona de pendiente infinita que corresponde a que la punta de AFM ha alcanzado la mica. A partir de la variación del desplazamiento en la dirección z en la zona correspondiente a la indentación de hielo, determinamos la velocidad de crecimiento del mismo. Se realizaron dos series de determinaciones a -2,5 y -5 °C. Los resultados indican que el hielo crece sobre la superficie de mica a una velocidad que varía entre 10 y 100 nm/min. Por otro lado, Se observaron notables diferencias en las curvas de fuerza obtenidas al utilizar puntas ?blandas? (constante de fuerza, k = 0,2 N/m) y ?duras? (k = 2,8 N/m). En el primer caso, las curvas de fuerza obtenidas muestran más sensibilidad en la indentación de hielo, dando como resultado cambios en la pendiente a medida que la punta penetra la fase sólida. En el caso de puntas duras, la pendiente de indentación de hielo tiene un único valor y permite distinguir claramente la zona de no contacto, el hielo y la mica.Como conclusión, los resultados obtenidos muestran por primera vez que es posible determinar la velocidad de crecimiento de hielo sobre una superficie a humedad y temperatura controladas utilizando AFM.