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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.43.2009.tde-12052009-092829
Documento
Autor
Nome completo
Gabriel Teixeira Landi
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2009
Orientador
Banca examinadora
Santos, Antonio Domingues dos (Presidente)
Itri, Rosangela
Rodrigues, Varlei
Título em português
Desenvolvimento de um gerador de nanopartículas e caracterização de nanopartículas de cobalto
Palavras-chave em português
Magnetismo
Nanopartículas
Sputtering
Resumo em português
Neste trabalho, desenvolvemos um gerador de nanopartículas (NPs) como uma adaptação para um sistema de magnetron sputtering. Com ele, somos capazes de produzir NPs de materiais diversos e codepositá-las em matrizes dielétricas ou metálicas. A adaptação consiste em incluir uma região de alta pressão relativa de Ar no caminho do vapor atômico removido do alvo. A aglomeração ocorre termodinamicamente devido a diminuição da energia cinética após colisões com o gás. Desenvolvemos também, uma metodologia para colimar o fluxo de NPs dentro da região de alta pressão. A deposição é feita no substrato na forma de uma mancha com alguns milímetros de diâmetro e o tempo de preparação da amostra é significativamente curto. Desenvolvemos um modelo fenomenológico para explicar a condensação e a colimação do nosso sistema. Este, apesar de não sofisticado, explica bem ambos os fenômenos e consegue prever o diâmetro das nanopartículas para certas condições. Em paralelo ao desenvolvimento, produzimos e caracterizamos nanopartículas de cobalto. Da caracterização morfológica, através de microscopia eletrônica, concluímos que as NPs produzidas tem diâmetros médios de 10 nm com uma dispersão de 13 %. Através de análises de retro espalhamento Rutherford estudamos a distribuição do material sobre o substrato e observamos que este segue uma distribuição Gaussiana de espessuras. Além disso, devido a colimação, observamos que as taxas de deposição são da ordem de 50 vezes maiores que as taxas usuais de um sistema de sputtering. Estudos estruturais através de difração de raios X mostraram que as nanopartículas são nanocristalinas e imagens em alta magnificação de microscopia eletrônica de transmissão comprovaram esta hipótese. Finalmente, estudos magnéticos mostraram que as NPs não possuem eixos preferenciais de magnetização. Desenvolvemos condições padrões de operação e estabilizamos o sistema que atualmente produz amostras confiáveis e reprodutíveis. Além do Co, nanopartículas de Cu e SmCo foram produzidas em condições parecidas. A morfologia destas partículas foi investigadas por microscopia eletrônica e seus tamanhos se mostraram próximos dos das NPs de Co. Estes resultados ilustraram a universalidade do nosso sistema de deposição de nanopartículas.
Título em inglês
Development of a nanoparticle generator and caracterization of cobalt nanoparticles
Palavras-chave em inglês
Magnetism
nanoparticle
sputterin
Resumo em inglês
We have developed a nanoparticle (NP) generator by adapting one of the sputtering guns on a magnetron sputtering system. With it, we are able to produce nanoparticles with different types of material. The adaptation consists of including a high-pressure region in the path of the atomic vapor removed from the sputtering target. The condensation happens thermodynamically through the loss of kinetic energy that the atomic vapor suffers after collisions with the gas. We have also developed a methodology to collimate the flow of nanoparticles inside the high pressure region. The deposition on the substrate is in the form of a stain with a few millimeters in diameter. The sample preparation time is also relatively short. We created a phenomenological model to explain both the condensation and collimation phenomena in our system. Despite being relatively simple, this model explain both quite well. In parallel to the development of the system, we produced and characterized cobalt nanoparticles. From a morphological analysis, carried out using electron microscopy, we determined that the nanoparticles mean diameter is of about 10 nm with a dispersion of 13 %. Through Rutherford back-scattering analysis, we studied the thickness distribution of the sample along the substrate. We observed that it follows a Gaussian distribution. Also, because of the collimation of the material, the deposition rates are about 50 times higher than in a regular sputtering system. Using X ray diffraction we were able to determine that the NPs are nano-crystalline which is corroborated with high resolution transmission electron microscopy images. Finally, magnetic measurements showed that the nanoparticles do not have any preferential magnetization axis. We developed standards of operations and stabilized the system. The samples we produce are trustworthy and reproducible. Besides Co, Cu and SmCo NPs were produced using this system with conditions similar to the ones used on the Co NPs. Through morphological analysis, we determined that their sizes are also similar. These results illustrate the universality of our system.
 
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GabrielLandi.pdf (19.48 Mbytes)
Data de Publicação
2009-05-12
 
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  • LANDI, G. T., and SANTOS, A. D.. High-density gas aggregation nanoparticle gun applied to the production of SmCo clusters [doi:10.1007/s10853-010-4271-4]. Journal of Materials Science [online], 2010, vol. 45, n. 18, p. 4906-4911.
  • LANDI, G. T., ROMERO, S. A., and SANTOS, A. D.. High density flux of Co nanoparticles produced by a simple gas aggregation apparatus [doi:10.1063/1.3355075]. Review of Scientific Instruments [online], 2010, vol. 81, n. 3, p. 033908.
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