Para as medidas de altas press˜oes hidrost´aticas foi utilizada uma cela de press˜ao do tipo bigorna com diamantes (DAC). Esta cela de press˜ao foi confeccionada pela profa
V´olia Lemos, sendo que o intervalo de press˜oes suportada por esta cela varia de 0 a 9 GPa. As figuras 14 e 15 mostram o esquema deste tipo de cela de press˜ao onde os n´umeros indicam os componentes b´asicos para que se possa entender os procedimentos experimentais. Este equipamento ´e constitu´ıdo dos seguintes elementos:
1. Um parafuso principal;
2. Algumas arruelas e uma alavanca; 3. Um diamante inferior;
4. Um diamante superior; 5. Uma gaxeta met´alica;
6. Uma cavidade (no interior da gaxeta).
O parafuso principal ´e o respons´avel direto pelo controle da press˜ao durante a execu¸c˜ao do experimento. Ao aumentarmos a press˜ao devemos ter muito cuidado, pois a press˜ao n˜ao aumenta linearmente com o n´umero de voltas do parafuso. Devemos ap´os cada aperto (ˆangulo de giro) sobre o parafuso, esperarmos pela acomoda¸c˜ao das arruelas, que faz com que resultem em incrementos na press˜ao bastante diferentes.
As arruelas, a alavanca e mais alguns perif´ericos, s˜ao os respons´aveis pela transmiss˜ao de press˜ao aos diamantes. Estes por sua vez s˜ao os componentes de maior valor do equipamento, pois como sabemos, apesar da sua alta dureza, os diamantes podem sofrer danos irreparav´eis no caso de exercemos uma press˜ao excessiva sobre a cela de press˜ao resultando no trincamento e quebra do diamante. Os diamantes s˜ao os respons´aveis diretos (via fluido transmissor de press˜ao) pela aplica¸c˜ao da press˜ao sobre a amostra. Eles s˜ao desenhados de modo que a ´area de contato com a gaxeta seja a menor poss´ıvel. Quanto menor for a ´area de contato, maior a press˜ao efetiva sobre a gaxeta e, por conseguinte, sobre a amostra[16].
A gaxeta ´e uma pe¸ca met´alica feita de a¸co inoxid´avel, no interior da qual colocamos a amostra junto com o l´ıquido transmissor que exercer´a a press˜ao sobre a amostra. Esta
3.9 Procedimentos experimentais para as medidas de press˜ao hidrost´atica 37
pe¸ca ´e confeccionada de modo a ficar com dimens˜oes e 1,0 cm X 1,0 cm X 1,0 cm. Em seguida ´e aberta uma cavidade de 200 µm de diˆametro onde ficar´a a amostra, utilizando-se de uma broca apropriada. Existe tamb´em um outro processo para a abertura da cavidade que ´e a fus˜ao `a laser. Por´em, o proceso de fus˜ao `a laser gera detritos originados da carboniza¸c˜ao do material, o qual devem ser removidos por meio da aplica¸c˜ao de ultra- som. A gaxeta ´e posta entre os diamantes durante a montagem do experimento e sofre deforma¸c˜oes consider´aveis no decorer do mesmo. Esta pe¸ca n˜ao pode ser reaproveitada para outro experimento, devendo ser substitu´ıda. A press˜ao entre a gaxeta e os diamantes impede a sa´ıda do flu´ıdo transmissor de press˜ao.
O flu´ıdo transmissor de press˜ao hidrost´atica mais usado ´e composto de uma mistura de metanol e etanol na propor¸c˜ao de quatro por¸c˜oes de metanol para um de etanol. Para realizarmos a press˜ao hidrost´atica utilizamos como meio compressor ´oleo mineral nujol, de modo a evitarmos problemas com a ´agua sobre a amostra deuterada.
Durante o processo de montagem dos experimentos os diamantes devem ser cuida- dosamente alinhados e limpos utilizando-se para isto uma agulha, papel e acetona, para evitarmos que a luz do laser seja obstru´ıda por part´ıculas microsc´opicas resultantes de su- jeira ou corpos estranhos na superf´ıcie da amostra. Ap´os o processo de limpeza, a gaxeta ´e colocada sobre o diamante inferior; a amostra ´e colocada cuidadosamente no interior da cavidade e o l´ıquido transmissor de press˜ao ´e colocado na cavidade com a ajuda de uma seringa. Este trabalho deve ser feito com muito cuidado e destreza, pois o escoamento do l´ıquido transmissor de press˜ao ocorre muito rapidamente, e a imprecis˜ao dos passos anteriores pode ocasionar o surgimento de bolhas de ar no interior da cavidade que, por sua vez, ir˜ao interferir no experimento [16].
Como o diamante e o l´ıquido compressor s˜ao transparente, o feixe de laser passa por uma abertura e atinge o l´ıquido compressor bem como o diamante, atingindo a amostra [16].
3.9 Procedimentos experimentais para as medidas de press˜ao hidrost´atica 38
Figura 9: Diagrama em blocos para a realiza¸c˜ao dos experimentos de espalhamento Raman.
Figura 10: Espectrˆometro usado nas medidas de espalhamento Raman `a temperatura ambiente.
3.9 Procedimentos experimentais para as medidas de press˜ao hidrost´atica 39
Figura 11: Esquema do cilindro focal.
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3.9 Procedimentos experimentais para as medidas de press˜ao hidrost´atica 41
Figura 14: Monocromador t´ıpico com sistemas de grades de difra¸c˜ao para o estudo dos espectros Raman.
3.9 Procedimentos experimentais para as medidas de press˜ao hidrost´atica 42
Figura 16: Representa¸c˜ao esquem´atica do interior de uma c´elula de press˜ao a extremos de diamantes e um corte lateral da gaxeta onde fica localizada durante os experimentos.
Sobre e sob a gaxeta encontram-se os diamantes e dentro do orif´ıcio s˜ao colocados a amostra, o rubi e o meio compressor.
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4
Estudo do Espalhamento
Raman em policristais de
L-alanina totalmente
deuterados em fun¸c˜ao da
press˜ao
4.1
Introdu¸c˜ao
Neste cap´ıtulo iremos abordar o estudo que fizemos sobre policristais de L-alanina totalmente deuterados em fun¸c˜ao da press˜ao no Departamento de F´ısica da Universidade Federal do Cear´a.
A L-alanina deuterada possui como principal caracter´ıstica o fato de que todos os sete hidrogˆenios da mol´ecula serem trocados por deut´erios. Ent˜ao, a mol´ecula que orig- inalmente apresentava a forma CH3CH(N H
+
3 )COO− passa a se apresentar na forma
CD3CD(N D +
3)COO−. Uma das principais caracter´ısticas da deutera¸c˜ao est´a relacionada
com as liga¸c˜oes de hidrogˆenio, pois sabe-se que em um cristal deuterado, ou parcialmente deuterado, ocorre uma modifica¸c˜ao nas liga¸c˜oes de hidrogˆenio deuterados, os quais s˜ao maiores que as liga¸c˜oes de hidrogˆenio normal[18]. Este ´e o famoso efeito Ubbelohde, e tem sido exaustivamente estudado na f´ısica do estado s´olido pelo fato de introduzir novas caracter´ıticas vibracionais em cristais n˜ao deuterados[14].
O efeito de deutera¸c˜ao da mol´ecula de L-alanina pode produzir, portanto, modi- fica¸c˜oes na estrutura pois, como sabemos, as liga¸c˜oes de hidrogˆenio s˜ao liga¸c˜oes que mantˆem o eq¨uil´ıbrio das mol´eculas na c´elula unit´aria[12]. Ent˜ao, ao exercermos uma press˜ao hidrost´atica sobre a amostra, haver´a uma diminui¸c˜ao das distˆancias interatˆomicas e intramoleculares dos ´ıons e mol´eculas da estrutura do cristal. Eventualmente se essa estrutura ´e fortemente modificada por esse agente externo, as mol´eculas ser˜ao ajustadas