Procedimento experimental

Com o intuito de garantir a reprodutibilidade da intensidade de energia de

ancoramento devido ao processo de rubbing W_r, foi usado um aparato que visa ter

controle sobre este efeito. A montagem experimental (mostrada na figura 3.29) constituía-se basicamente de uma esteira móvel onde a amostra era fixada, e um cilindro fixo recoberto com um tecido macio era usado para o esfregamento propriamente dito (foi utilizado veludo neste estudo). Uma fonte de alimentação DC movimentava um pequeno motor de passo que fazia a esteira mover-se para frente e para trás num eixo fixo, com o cilindro fixo a uma altura pré-determinada. Esse aparato visa, principalmente, garantir que a força aplicada sobre o filme seja exatamente a mesma em todos os casos, ou seja, estamos interessados em garantir a reprodutibilidade do

esfregamento. A velocidade de translação da esteira foi fixada, bem como a altura z da

Figura 3.29: Esquema experimental da montagem utilizada para a realização de esfregamento no material (a) vista em perspectiva, e (b) vista lateral.

Um cilindro recoberto com o tecido era posicionado a certa altura da superfície do filme, de modo a tocar levemente a superfície do mesmo. Na verdade, foram feitos testes preliminares para determinar qual a distância ideal entre o tecido e o filme a ser esfregado, de modo a conseguir o efeito sem realizar muita pressão no esfregamento e eventualmente sujar e arrastar material indesejavelmente. Como o método de tratamento de superfície não nos permite manipular a formação de ranhuras na superfície de modo reprodutivo, optamos por fazer um esfregamento suave, visando apenas o alinhamento das cadeias principais do azopolímero. Foi escolhido um valor de altura em que o processo fosse o mais suave possível, de modo que o veludo tocasse levemente na superfície do filme de forma a minimizar efeitos não desejados.

Foram realizadas séries de um até quatro esfregamentos na mesma direção para cada concentração de cromóforos disponíveis. Cada amostra era cuidadosamente posicionada e alinhada no porta-amostras, e então o esfregamento era realizado. Escolhia-se um valor fixo na fonte de alimentação DC para garantir que o motor de

passo mantivesse sempre a mesma velocidade, e a distância entre a superfície do filme e

o tecido z (figura 5.9-b) foi previamente escolhida e mantida constante.

3.3.2.1 Estudo da topologia da superfície

Para o estudo da topologia da superfície, foi utilizada uma montagem especial operando no modo de AFM. Este aparelho não é um microscópio de AFM comercial como os utilizados anteriormente neste estudo, porém opera de maneira similar e usando os mesmos softwares e placas de controle que um AFM comercial. Este é um projeto desenvolvido pelo profº Dr. Antônio Domingues dos Santos no Laboratório de Materiais Magnéticos (LMM) do IFUSP-SP. Um inconveniente encontrado na realização dessas medidas é a própria geometria da amostra, que deveria ser da ordem de 1,0x1,0cm para o posicionamento do porta-amostras. Para amostras maiores existe a dificuldade de se manter a estabilidade do filme, que fica apoiado sobre uma superfície

com uma área útil da ordem de 1,0 cm². Um dos objetivos na caracterização morfológica

é saber qual é basicamente a origem do efeito de alinhamento, se é devido a imperfeições na superfície da amostra (onde se aplica o modelo de Berreman), ou se há apenas o alinhamento das cadeias poliméricas devido ao esfregamento.

Foram realizadas diversas medidas, e foi observado que as imagens são praticamente indistinguíveis, sendo difícil (senão impossível) determinar qual a concentração de cromóforos ou número de esfregamentos realizados somente analisando as imagens. Por questão de clareza, são mostradas somente três imagens distintas na figura 3.30. A título de comparação, foi realizado um esfregamento bastante extremo, a ponto de se notar visualmente arranhões na superfície do filme. Isso foi feito porque é necessário ter uma idéia da qualidade do processo de esfregamento realizado, e saber a princípio se o fenômeno de alinhamento de CL é causado por efeito topográfico ou pela interação do CL com as moléculas alinhadas do substrato.

Figura 3.30: Imagem topográfica obtida pela técnica de AFM para o PHEMA-DR13 tratado através do esfregamento da superfície para uma amostra com 28% de concentração esfregada uma vez (a) e (b), duas vezes (c) e com esfregamento extremo (d).

Analisando a figura 3.30 (a, b e c), nota-se que o esfregamento foi realizado sem danificar a superfície, e que as maiores ranhuras apresentam profundidade da ordem de 5

nm. A imagem da figura 3.30-a foi feita numa resolução 5,0x5,0 µm, e mostra a mesma

área da figura 3.30-b, que foi feita em uma área de 10,0x10,0 µm. Nota-se que a

amostra é basicamente plana, com alguns defeitos de superfície mostrando alguma irregularidade, porém ao se realizar várias medidas em pontos distintos nota-se que as imagens são bastante semelhantes. Um resultado importante do ponto de vista de operação foi que a medida de topologia não altera a superfície varrida: uma das grandes

dificuldades encontradas foi justamente a de se achar um bom valor de setpoint para se

O resultado mais importante dessa medida de caracterização foi poder verificar a qualidade de esfregamento, para se evitar uma situação de desgaste e possível degradação do filme, prejudicando o processo de alinhamento das moléculas de CL. Foi feito uma medida com um filme esfregado de maneira intensa, para se ter uma idéia de quais seriam os efeitos não desejáveis para este processo. A imagem 3.30-d mostra que de fato há a formação de ranhuras consideráveis, com indícios de remoção de material. A ordem de grandeza das ranhuras é cerca de 20 nm, e não se observou nenhum padrão de relevo na superfície do filme, embora a direção das ranhuras seja dada pela direção de esfregamento.