O processamento de materiais por plasma é uma área em rápido desenvolvimento de física e química aplicadas. Regimes de plasma podem ser obtidos através da aplicação de alta tensão contínua ou alternada em um gás ou mistura de gás, os quais podem ser utilizados em vácuo parcial, na pressão atmosférica e acima desta (D’AGOSTINO et al., 2005).
A utilização de plasma interagindo com uma superfície sólida é um processo químico categorizado como sendo de reações heterogêneas. Esse tipo de processo é ainda subdividido em três subcategorias adicionais, que possuem as seguintes diferenças:
• material é removido da superfície sólida por indução de plasma por plasma;
• adição de material à superfície na forma de um depósito de filme fino, também conhecido por Deposição de Vapor Químico Melhorado por Plasma (abreviado do inglês por PECVD);
O processo de modificação superficial dos polímeros via utilização de plasma teve, inicialmente, o intuito de modificar a energia superficial destes e consequentemente melhorar a molhabilidade da superfície. No entanto, sabe-se que hoje já é possível realizar modificações também no intuito de diminuir ainda mais a energia superficial, aumentando assim, a super-hidrofobicidade nestes.
Tratamentos por plasma em superfícies poliméricas utilizam geralmente o uso de gases como Argônio (Ar), Helio (He), Nitrogênio (N2) e Oxigênio (O2). Os
tratamentos por plasma agem formando radicais livre na superfície do polímero aumentando, em particular, a funcionalidade oxigênica (hidroxilas, carbonilas e em alguns grupos carboxílicos) (AREFI et al., 1992).
Conforme já comentado, o PDMS é um dos materiais mais utilizados em aplicações microfluídicas e soluções Lab-on-Chip. Esse tipo de elastômero possui AC na ordem de 110° e não exibe baixos ângulos de deslizamento, o que faz desse, no máximo, classificado como hidrofóbico. Nas duas últimas décadas, várias abordagens bem-sucedidas foram adotadas para produzir SSH’s a partir de PDMS (TROPMANN et al., 2012).
Tratamentos visando a melhoria da super-hidrofobia do PDMS foi realizado por Tserepi, Vlachopoulou e Gogolides (2006), onde a fabricação de nanoestruturas tipo colunar foram impressas por sobre o PDMS Sylgard® 184. Nesse estudo, o elastômero foi tratado em plasma de hexafluoreto de enxofre (SF6), seguido por
deposição de filme de fluorcarbono (FFC), especificamente o octafluorociclobutano (C4F8), induzida por plasma. Os tratamentos realizados nesse estudo fizeram uso de
pressões de 10 mTorr conseguindo, com apenas 2 minutos de tratamento, produzir uma estrutura de nano colunas no PDMS. A combinação dessas estruturas com a deposição do FFC produziu uma SSH, com AC maior que 150°, conforme representado na Figura 30.
Figura 30 - Imagem MEV do elastômero após 6 minutos de tratamento com plasma de SF6
(b) Imagem de uma gotícula de água sobre a superfície depois de ser revestida com (C4F8)
Fonte: Adaptado de Tserepi, Vlachopoulou e Gogolides (2006).
Mais recentemente, Ebert e Bhushan (2016) utilizaram vários tratamentos para aumentar a hidrofobia da superfície do elastômero PDMS Sylgard® 184. O processo realizado foi constituído de duas etapas. Inicialmente realizaram um tratamento por plasma com uma mistura de gás O2/CF4, visando aumento da
rugosidade da superfície. A segunda etapa foi a realização de um tratamento adicional, o qual foi experimentado dois tipos. O primeiro tratamento experimentado foi para deposição de C4F8. E o segundo foi uma ativação da superfície, utilizando
plasma de O2, e posterior deposição de vapor de perfluorooctil triclorosilano
(PFOTCS). A Figura 31 mostra o esquema das etapas realizadas
Figura 31 – Esquema das etapas de tratamento.
Ebert e Bhushan (2016) analisaram o efeito do tempo de tratamento na rugosidade final, e comparou os AC’s medidos para cada nível de rugosidade, em cada tipo de tratamento, constatando a o aumento da super-hidrofobia com o aumento da rugosidade. As medidas de AC, relacionadas à rugosidade medida são apresentadas no gráfico da Figura 32.
Figura 32 - Dados de AC em amostras PDMS para valores de rugosidade RMS.
Fonte: Ebert e Bhushan (2016).
As amostras tratadas por Ebert e Bhushan (2016) tornaram-se super- hidrofóbicas e altamente transparentes após tempos de condicionamento de 10 e 15 minutos, antes e após a modificação da superfície para ambos tratamentos secundários. Os autores apontam a obtenção simultânea da super-hidrofobicidade e a transparência como sendo relacionadas ao nível de rugosidade na vizinhança de 100 nm. A Figura 33 apresenta uma amostra PDMS tratada e com rugosidade RMS de 126 nm, onde é possível obsvervar a super-hidrofobicidade e alta transmitância de luz.
Figura 33 – Foto de uma amostra tratada com C4F8 e se respectivo AC
Fonte: Ebert e Bhushan (2016).
A literatura que trata da modificação superficial do PDMS por plasma, no sentido do aumento da super-hidrofobia, ainda é pouco explorada. Entretanto, a literatura encontrada confirma a explicação dada para as SSH’s, mostrando a capacidade que a técnica de plasma possui em modificar a morfologia da superfície, bem como atrelar à essas estruturas impostas, a deposição de outras substâncias que podem elevar ainda mais a hidrofobia requerida.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Nesse capítulo serão apresentadas as etapas para realização deste trabalho, descrevendo os equipamentos e parâmetros utilizados nos processos. A realização da pesquisa se deu praticamente em duas principais etapas. A primeira consistiu em investigar a influência do tratamento de plasma na alteração superficial, química e morfológica, em amostras planas do silicone Sylgard® 184. Nessa etapa, vários
tratamentos foram realizados, visando encontrar o melhor parâmetro para obtenção da super-hidrofobia no silicone tratado. A segunda etapa voltou-se investigação do fenômeno RA. As etapas estão esquematizadas e detalhadas nos fluxogramas nas Figura 34 e Figura 35.
Figura 34 - Fluxograma esquemático da metodologia utilizada na primeira etapa.
Figura 35 - Fluxograma esquemático da metodologia utilizada na segunda etapa.
Fonte: Autor.
3.1 MODIFICAÇÃO SUPERFICIAL