Preparação das amostras para a microscopia eletrônica de varredura

dispersiva em energia (EDS)

Conforme já mencionado anteriormente as amostras de argamassas de cimento Portland apresentam baixa condutividade térmica e elétrica, sendo necessário revesti-las com uma fina película condutora, a fim de se evitar a geração de cargas eletrostáticas danosas à qualidade da imagem, fenômenos de descarga, e permitir a dissipação do calor produzido pelo bombardeamento eletrônico.

Após a retirada das amostras de 12cmx12cm elas foram fragmentadas e reduzidas a amostras de aproximadamente 2 a 3 centímetros, visto na Figura 4.32. Optou-se pela fratura ao invés do corte a disco para não interferir nas superfícies das amostras.

Figura 4.32 – Amostras de argamassas de cimento Portland de cerca de 2 a 3cm.

Depois de fragmentadas as amostras então foram preparadas para as análises no microscópio eletrônico de varredura denominado a partir daqui como (MEV convencional), microscópio eletrônico de varredura com canhão de emissão por efeito de campo (FEG), marca FEI, modelo Quanta 200 FEG, denominado a partir daqui como (MEV-FEG Quanta) e no microscópio dual de feixe de íons e elétrons com canhão por emissão de efeito de campo (FEG), marca FEI, modelo Dual-FIB Quanta 3D, denominado a partir daqui como (MEV-FEG Dual-FIB 3D).

A utilização dos três microscópios se deve às análises complementares que cada equipamento consegue fazer, ou seja, cada um deles possui uma característica particular que garante uma análise de excelente qualidade. Assim, quando se fazem as análises nos três microscópios, a caracterização passa a ser minuciosa e de excelente qualidade, pois podem- se explorar as melhores qualidades de cada equipamento.

Para revestir as amostras com finas camadas condutoras foi utilizada a técnica de metalização por deposição utilizando a Metalizadora Bal-Tec, modelo MD20, do Centro de Microscopia da UFMG, vista nas Figuras 4.33 e 4.34, que pode metalizar amostras com ouro que segundo (BRANDÃO, 2010) é ideal para obtenção de imagens de excelente qualidade, mas não é a ideal quando a ênfase é na microanálise: metais com número atômico e densidade elevados, como ouro, tendem a bloquear/atenuar as raias de emissão da amostra; isto acontece por duas razões:

a) Estes elementos têm várias raias de emissão intensas;

b) Devido à sua alta massa específica e seu elevado número atômico, eles bloqueiam parcial e totalmente as raias de menor energia e/ou menos intensas provenientes da amostra.

A metalizadora também pode recobrir amostras com carbono que, segundo (BRANDÃO, 2010), é efetuada por atomização em arco voltaico e é ideal para a microanálise, pois o carbono tem número atômico muito baixo e não tende a atenuar significativamente as raias de emissão da amostra, porém não é a ideal quando a ênfase é na qualidade da imagem.

Figura 4.33 – Metalizadora Bal-Tec, modelo MD20.

A partir daqui foram utilizadas três técnicas de preparação de amostras, duas convencionais que consistem na deposição de camadas de 10 nanômetros de ouro sobre as amostras a fim de torna-las condutoras, conforme pode ser visto na Figura 4.35 e descrito acima, e a segunda na deposição de camadas de 5 nanômetros de carbono com a mesma finalidade, conforme pode ser visto na Figura 4.36.

Figura 4.35 – Amostras recobertas/metalizadas com uma camada de 10nm de ouro.

Figura 4.36 – Amostras recobertas/metalizadas com duas camadas de 5nm de carbono.

Na Figura 4.37 pode ser observada a fita condutora colocada na lateral e na parte de baixo das amostras de argamassa e sua fixação no suporte.

Figura 4.37 – Detalhe da fita condutora nas amostras montadas no suporte.

Detalhe das amostras com recobrimento de 10nm de ouro e a fita condutora nas laterais, Figura 4.38.

Figura 4.38 – Detalhe do recobrimento com ouro.

Já na Figura 4.39 veem-se amostras recobertas com 10nm de ouro e com as laterais e a parte de baixo pintadas com grafite a fim de torna-las condutoras.

Figura 4.39 – Detalhe do recobrimento com ouro e da lateral pintada de carbono sem fita condutora.

A terceira técnica consiste em não utilizar nenhum tipo de recobrimento, conforme pode ser visto nas Figuras 4.40 a 4.42 e analisar as amostras em alto e baixo vácuo nos microscópios. O único cuidado essencial é deixar as amostras por pelo menos uma semana no dessecador, a fim de retirar o máximo da umidade presente nas amostras, ou fazer alto vácuo no microscópio eletrônico de varredura. Em relação a este último procedimento vale uma ressalva que alguns microscópios são muito sensíveis e não permitem esta técnica laboratorial, como o (MEV-FEG Dual-FIB 3D). Neste trabalho, este procedimento foi executado no (MEV JEOL JSM 6360LV) pois se trata de um equipamento mais robusto.

Esta técnica é pouco utilizada pela dificuldade de se trabalhar com amostras grandes, da ordem de dois a três centímetros, em equipamentos extremamente sensíveis a umidade, presente nas amostras, e por não produzir imagens de qualidade excelente. A técnica foi utilizada a fim de se obter análises químicas microscópicas (microanálise) por meio de espectroscopia de raios-X dispersiva em energia (EDS) confiáveis, uma vez que o ouro mascara (blinda) elementos químicos presentes e abundantes nas amostras de argamassa de cimento Portland, como o enxofre e o próprio carbono. Já o carbono tornaria ambíguos resultados em amostras contendo este elemento. Assim, as três técnicas de preparação são essenciais para uma pesquisa confiável e de qualidade, pois são complementares na busca dos resultados. A técnica de não recobrir as amostras foi utilizada de forma inédita neste trabalho na caracterização de argamassas.

Figura 4.40 – Amostras sem recobrimento: A) Superfície argamassa de revestimento, B) Interface bloco cerâmico/argamassa de chapisco/argamassa de revestimento, C) Superfície argamassa de chapisco, D) Superfície argamassa de chapisco rolado.

Nas Figuras 4.41 e 4.42 observam-se amostras de argamassas sem recobrimento prontas para serem colocadas no dessecador e em alto vácuo para a retirada da umidade.

Figura 4.41 – Amostras de argamassa sem recobrimento para microscopia e microanálise. A

B

C

Figura 4.42 – Amostras de argamassa sem recobrimento e destacadas para microscopia e microanálise.

4.2.8 Microscopia de força atômica (MFA)

Uma das principais vantagens da técnica de microscopia de força atômica é poder se trabalhar em diferentes condições e de realizar estudos das propriedades de diversos materiais nas condições ideais para os mesmos, ou seja, amostras tanto em condições de vácuo e principalmente em pressão atmosférica.

Pelo fato de fornecer dados morfológicos 3-D, a técnica possibilita analisar a micromorfologia, a microtopografia e a área da superfície geométrica (VAZ et al., 1998). Esses fatores ajudam a conhecer as características físicas e as reatividades químicas dos minerais, dessa forma podendo controlá-las através de procedimentos físico-químicos específicos.

Assim, amostras de argamassas de cimento Portland, foram analisadas pela técnica de caracterização de microscopia de força atômica (MFA) de forma inédita.

Foi utilizado o microscópio de força atômica do Centro de Microscopia da UFMG, visto nas Figuras 4.43 a 4.46, listado a seguir:

a) Microscópio de força atômica MFP-3D-SA ASYLUM RESEARCH AFM – modos contato, não-contato e semicontato (intermitente) em ar; scan (x e y) de até 90µm. Usou-se isolamento de vibrações e ruídos externos e a técnica de nanoindentação.

Figura 4.43 – Microscópio de força atômica (MFA).

Na Figura 4.44 vê-se a câmara de isolamento de vibrações e ruído aberta e o microscópio de força atômica (MFA) dentro da câmara.

Notar detalhe do microscópio de força atômica (MFA) e da amostra posicionada no centro, do módulo analisador, Figura 4.45.

Figura 4.45 – Microscópio de força atômica (MFA), módulos principais.

Já na Figura 4.46 observa-se, em mais detalhe, a amostra posicionada no centro sob a ponteira analisadora do microscópio.