47

2 MATERIAIS E MTODOS EXPERIMENTAIS

2.1 Grafite sonificado

O grafite natural (GN) utilizado foi o da marca Labsynth, com granulometria menor

que 45 m, 98% de pureza e teor de cinzas de 1% (dados fornecidos pelo fabricante). Antes

da sua utilizao como reforo na produo dos compsitos, o grafite natural foi sonificado

por sonda de ultrassom (Sonics Vibration, 750 W, 20 kHz) em THF (Cintica, 99,0%) na

proporo de 10% m/m com amplitude de 22% durante 60 min sob agitao magntica, de

acordo com esquema da Figura 16, obtendo-se o grafite sonificado (GS). Embora trabalhos

anteriores do grupo tenham utilizado acetona como solvente da resina epoxdica para facilitar

a disperso de nanotubos de carbono e Suave (2008) demonstrar que a acetona mais eficaz

neste processo de disperso que o THF, houve a necessidade de se utilizar THF devido

insolubilidade do xido de grafite em acetona. As propores, bem como tempos e amplitudes

de sonificao, foram determinados com base em Suave (2008).

O GN e o GS foram caracterizados por microscopia eletrnica de varredura (MEV), e

difratografia de raios-X (DRX). O GN ainda foi analisado por anlise elementar (CHN).

Figura 16 Fluxograma esquemtico da sonificao do grafite natural.

MEV, DRX e CHN

Secagem a vcuo (100C 24h)

Grafite natural (GN)

DRX MEV

Grafite sonificado (GS)

Sonificao por sonda de ultrassom (22% amplitude 60 min agitao)

THF (10% m/m)

48

2.2 Esfoliao do grafite natural por fluido supercrtico de CO2

Para a esfoliao do grafite natural (GN) por fluido supercrtico de dixido de carbono

(scCO2), utilizou-se o aparato experimental que est demonstrado na Figura 17, em que um

cilindro de CO2 alimenta uma bomba do tipo seringa (ISCO, Modelo 500D), que mantm a

presso dentro do vaso, de acordo com o programado no software da bomba. Para o

aquecimento do sistema, utilizou-se uma manta de aquecimento externa e para o controle de

temperatura foi utilizado um termopar. Duas vlvulas de entrada de CO2 foram colocadas:

uma que alimenta a parte frontal do vaso, regio que est em contato com o material, e outra

que alimenta a parte de trs do vaso e que no entra em contato com o material, apenas

movimenta o pisto e garante uma melhor manuteno da presso interna. Uma vlvula de

sada de CO2 foi conectada a parte frontal do vaso de presso e a sada do sistema a um frasco

coletor.

Figura 17 Aparato experimental para os experimentos utilizando fluido supercrtico de CO2.

A esfoliao do grafite natural por scCO2 foi realizada utilizando 1,0 g de grafite

natural (Grafite do Brasil, 99,98% de pureza, utilizado apenas neste experimento), o qual foi

colocado em um vaso de presso e alimentado com CO2, mantendo a temperatura de 40C e

presso de 100 bar, ou seja, sob condies supercrticas (PU et al, 2009). O sistema foi

mantido nessas condies por 3 horas e posteriormente foi submetido a uma despressurizao

rpida, de acordo com o esquema da Figura 18. Aps os 3 ciclos de despressurizao, tanto o

material que se manteve dentro do vaso de presso (~ 99,0%) quanto o material coletado no

frasco coletor (~ 1,0%) foram analisados. O material que ficou dentro do vaso de presso foi

49

denominado de grafite esfoliado por scCO2 (GE-scCO2). O grafite natural e o GE-scCO2

foram analisados por microscopia eletrnica de varredura (MEV), difratografia de raios-X

(DRX) e microscopia eletrnica de transmisso (MET). O material presente no frasco coletor

foi analisado apenas por MEV, devido dificuldade de preparao de amostra para as outras

anlises.

Figura 18 Fluxograma esquemtico da esfoliao do grafite natural por fluido supercrtico de CO2.

2.3 Produo do xido de grafite

O xido de grafite foi produzido por duas rotas distintas, ambas utilizando o mtodo

de Hummers modificado, uma vez que os tempos de processo foram alterados (HUMMERS

& OFFEMAN, 1958). Para obteno do OG1, as propores de reagentes tambm foram

alteradas, de acordo com o sugerido por Hirata et al (2004). A Tabela 2 mostra os reagentes

utilizados nas propores dos dois tipos de xido de grafite e a Figura 19 mostra o esquema

para a produo dos xidos de grafite.

Tabela 2 Propores dos reagentes utilizados nos dois tipos de xidos de grafite produzidos.

Reagentes OG1 OG2

Grafite natural 1,0 g 1,0 g

H2SO4 (97,0%) 62,1 g 42,2 g

NaNO3 (99,0%) 0,75 g 0,5 g

KMnO4 (99,0%) 4,5 g 3,0 g

MEV

MET

Frasco coletor GE-scCO2

MEV e DRX

Secagem a vcuo (100C 24h)

Grafite natural (GN)

DRX MEV

Despressurizao

Fluido supercrtico de CO2 (40C 100 bar 3h)

3x

50

Figura 19 Fluxograma esquemtico da produo do xido de grafite.

Adicionou-se em um Becker de 250 mL o grafite natural, o H2SO4 e o NaNO3,

mantendo o sistema agitado e resfriado em banho de gua e gelo. Aps 15 min, adicionou-se

gradualmente o KMnO4 (99,0%) para que a temperatura no ultrapassasse 20C. Aps 30

min, retirou-se o banho de gua e gelo e manteve-se a mistura a 35C sob agitao branda por

24h, obtendo-se de um lquido altamente viscoso e de colorao marrom-avermelhada.

Posteriormente, adicionou-se 100 mL de uma soluo aquosa de H2SO4 (5% m/m) e a

temperatura elevou-se para aproximadamente 100C, mudando para colorao amarelo-

escuro, com leve efervescncia. Aps 30 min, adicionou-se 280 mL de uma soluo de H2O2

(3% m/m) e deixou-se a mistura sob agitao por 45 min, a fim de reduzir o permanganato e o

dixido de mangans residual para sulfato de mangans, o qual solvel e incolor. Esse

processo resultou em uma colorao amarelo-brilhante. A mistura obtida foi ento filtrada,

com auxlio de um sistema a vcuo, em um funil de Bchner de 12,5 mm de dimetro e papel

filtro de permeabilidade de 55 L.s-1

.m-2

, sendo em seguida lavada com 300 mL de uma

soluo morna (aproximadamente 60C) de HCl (37%) a 10,0% m/m, afim de remover ons

metlicos. O material coletado no papel filtro foi seco em estufa a vcuo por 24h a 60C para

facilitar o posterior processo de lavagem, como sugerido por Chen et al (2009). Aps a

secagem do material, este foi suspendido em 1,0 L de gua deionizada e filtrado novamente

com auxlio de um sistema a vcuo, repetindo-se este procedimento de lavagem por 3 vezes,

totalizando 96h de filtrao. Aps o trmino da lavagem, o material coletado no papel filtro

FTIR

TGA

DRX MEV

xido de grafite (OG)

Filtrao Lavagem Secagem

Soluo de H2O2 (3% m/m)

Soluo de H2SO4 (5% m/m)

Reator com agitao e resfriamento

Grafite natural + H2SO4 + KMnO4 + NaNO3

51

foi seco novamente em estufa a vcuo por 24h a 60C, obtendo-se assim os xidos de grafite

(OG1 e OG2). O OG1 e OG2 foram caracterizados por microscopia eletrnica de varredura

(MEV), difratografia de raios-X (DRX), anlise termogravimtrica (TGA) e espectroscopia

no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR).

2.4 Reduo qumica do xido de grafite

A reduo qumica do xido de grafite foi realizada utilizando borohidreto de sdio

(NaBH4) como agente redutor, segundo Si & Samulski (2008), de acordo com esquema da

Figura 21. Shin et al (2009) comparou o uso de hidrazina (N2H4) e NaBH4 e mostrou uma alta

eficincia de reduo com o NaBH4.

Figura 20 Fluxograma esquemtico da reduo qumica do xido de grafite.

Sendo assim, 75 mg de xido de grafite foram suspensos em 75 g de gua deionizada e

mantido por 1 hora em banho de ultrassom (Unique, USC-1800), formando uma disperso

translcida de colorao marrom. Em seguida, adicionou-se suspenso 15 mL de uma

soluo de NaBH4 (Vetec, 95,0%) a 4% m/m, com pH ajustado em 9-10 com soluo de

carbonato de sdio a 4% m/m. A mistura foi mantida por 1h a 80C sob agitao magntica

constante e durante a reao a colorao alterou para preta, acompanhada por degaseificao.

Aps, filtrou-se o material, com auxlio de um sistema a vcuo, em um funil de Bchner de

xido de grafite reduzido (OGR)

Agitao magntica (80C 1 hora)

FTIR TGA

DRX MEV

Filtrao Lavagem Secagem

Soluo de NaBH4 (4% m/m)

Banho de ultrassom (1 hora)

Soluo de OG (0,1% m/m)

52

0,55 m de dimetro e papel filtro de permeabilidade de 55 L.s-1

.m-2

, sendo em seguida lavada

com aproximadamente 250 mL de gua deionizada. O material coletado no papel filtro foi

seco em estufa a vcuo por 24h a 60C, obtendo-se assim o xido de grafite reduzido (OGR).

Assim, a partir do OG1 obteve-se o OGR1 e do OG2 obteve-se o OGR2. O OGR1 e o OGR2

foram caracterizados por microscopia eletrnica de varredura (MEV), difratografia de raios-X

(DRX), anlise termogravimtrica (TGA) e espectroscopia no infravermelho com

transformada de Fourier (FTIR).

2.5 Expanso trmica do xido de grafite

A expanso trmica dos xidos de grafite (OG1 e OG2) foi realizada em um forno tipo

mufla, de acordo com o esquema da Figura 20. O xido de grafite foi posicionado no fundo de

um Erlenmeyer de 50 mL com rolha de vidro e colocado dentro do forno mufla pr-aquecido

em 350C. Aps 15 segundos dentro do forno, o material sofreu expanso, obtendo-se o xido

de grafite expandido (OGE). Portanto, a partir do OG1 obteve-se o OGE1 e a partir do OG2

obteve-se o OGE2. Vale ressaltar que a expanso do OG provocada pela liberao de gases

gerados pelo aquecimento do material e devido ao repentino aumento da presso interna do

frasco, a rolha de vidro ou outro dispositivo utilizado para o seu fechamento pode ser

removida espontaneamente, necessitando de ateno especial no momento da realizao do

experimento. O OGE1 e o OGE2 foram caracterizados por microscopia eletrnica de

varredura (MEV), difratografia de raios-X (DRX), anlise termogravimtrica (TGA) e anlise

elementar (CHN).

Figura 21 Fluxograma esquemtico da expanso trmica do xido de grafite.

CHN FTIR TGA

DRX MEV

xido de grafite expandido (OGE)

Forno mufla (350C)

xido de grafite (OG)

53

2.6 Preparao dos nanocompsitos

Os nanocompsitos foram produzidos de acordo com o esquema da Figura 22. Os

tipos de reforos utilizados foram GS, OG e o OGE, nas propores 0,00, 0,025, 0,05, 0,075,

0,1% m/m, com relao massa da resina epoxdica.

Figura 22 Fluxograma esquemtico da produo dos nanocompsitos (*esta etapa no existe nos sistemas de resina epoxdica pura, portanto o THF foi adicionado diretamente resina).

Remoo de solvente (2h 70C)

Viscosidade

Cura completa (24h 60C)

Moldagem dos corpos de prova em moldes de silicone e dos filmes

Agitao manual com basto de vidro (5 min)

Resfriamento at aproximadamente 50C

Agitao manual com basto de vidro (5 min)

Propriedades eltricas Propriedades mecnicas Propriedades trmicas

Adio de THF (10% m/m)

GS, OG ou OGE (0,00 0,025 0,05 0,075 0,1% m/m)

Pr-cura (3h temperatura ambiente)

Adio do endurecedor (22% m/m)

Sonificao por sonda de ultrassom (22% amplitude 20 min agitao)

Adio na resina epxi (100% m/m)

Sonificao por sonda de ultrassom (22% amplitude 60 min agitao) *

54

A rota de preparao dos nanocompsitos foi igual para todos os sistemas, com

exceo dos sistemas de resina epoxdica pura, no qual o solvente (THF) foi adicionado

diretamente na resina epoxdica, sem a etapa de sonificao do nanoreforo no solvente. Cada

etapa do processo est descrita detalhadamente nos itens subseqentes, bem como os ensaios

realizados e as anlises de caracterizao dos sistemas estudados.

As baixas concentraes dos reforos foram escolhidas devido tentativa de se obter

nanocompsitos condutores de corrente eltrica e tambm pela dificuldade de produo de

maiores quantidades de reforo. O OGR e GE-scCO2 no foram utilizados na produo dos

nanocompsitos, pois no foi possvel suspender o OGR em nenhum solvente testado e o GE-

scCO2 obteve muito baixo rendimento, impossibilitando seu uso.

2.6.1 Resina epoxdica e endurecedor

Os nanocompsitos foram preparados pelo mtodo in situ com resina epoxdica

Araldite MY 750 base de ter diglicidlico do bisfenol A (DGEBA) e curada com

endurecedor Aradur HY 956 EN base de poliamina aliftica modificada contendo 22-30%

de trietilenotetramina, ambos fabricados pela Huntsman, seguindo a razo resina/endurecedor

pr-determinada pelo fabricante (100 partes de resina para 22 partes de endurecedor), dados

presentes no Anexo. Algumas propriedades da resina e do endurecedor fornecidas pelo

fabricante, bem como da mistura curada so apresentadas nas Tabelas 3 e 4.

Tabela 3 Propriedades da resina epoxdica Araldite MY 750 e do endurecedor Aradur HY 956 EN.

Propriedade Araldite MY 750 Aradur HY 956 EN

Viscosidade a 25C 12000 16000 mPa.s 370 470 mPa.s

Densidade a 25C 1,15 1,20 g.cm-3

1,0 1,05 g.cm-3

Teor de epxi 5,20 5,40 Eq.kg-1

-

Fonte: HUNTSMAN (2004).

Tabela 4 Algumas propriedades da resina epoxdica curada (Araldite MY 750 + Aradur HY 956 EN).

Resistncia trao 75 - 85 MPa ISO 527

Alongamento na

ruptura 3,5 4,5 % ISO 527

Mdulo de Young 2,9 3,3 GPa ISO 527

Fonte: HUNTSMAN (2004).

55

2.6.2 Disperso do nanoreforo na matriz

O mtodo utilizado para a disperso do nanoreforo na matriz foi a sonificao por

sonda de ultrassom (Sonics Vibration, 750 W, 20 kHz). O reforo, previamente sonificado em

THF na proporo de 10% m/m com amplitude de 22% durante 60 min sob agitao

magntica, foi adicionado resina, sendo novamente sonificado com amplitude de 22%

durante 20 min sob agitao magntica. Vale ressaltar que o OG, antes da sonificao no

solvente, foi cortado em pequenos pedaos a fim de facilitar sua disperso. Os valores

utilizados esto de acordo com trabalhos anteriores do grupo (SUAVE, 2008). Os sistemas de

resina epoxdica pura tambm foram sonificados nas mesmas condies citadas anteriormente

em presena de THF (10% m/m).

2.6.3 Evaporao do solvente

Aps a disperso do nanoreforo na matriz, promoveu-se a evaporao do solvente.

Tanto nos sistemas de resina epoxdica pura ou com o nanoreforo, evaporou-se o THF com

auxlio de um sistema a vcuo durante 2 horas a 70C sob agitao magntica. O tempo ideal

de evaporao foi determinado por ensaios preliminares em que alquotas da resina foram

retiradas do sistema a cada 30 min durante 5h e analisadas tanto por acompanhamento de

perda de massa quanto por espectrometria no infravermelho com transformada de Fourier

(FTIR).

2.6.4 Moldagem dos corpos de prova

Aps a evaporao do solvente, deixou-se o sistema atingir aproximadamente 50C e

ento o endurecedor foi adicionado, conforme proporo indicada pelo fabricante. Agitou-se

manualmente com basto de vidro por 5 mim, uma vez que tempos maiores de agitao

prejudicariam a moldagem, devido ao rpido aumento da viscosidade da resina. A moldagem

dos corpos de prova foi feita por casting, sendo a resina vertida em moldes de silicone j no

formato desejado dos corpos de prova. Aps a moldagem, os moldes foram mantidos sobre a

bancada em temperatura ambiente por 3 horas para promover uma pr-cura e evitar que

bolhas fossem aprisionadas dentro dos corpos de prova. Posteriormente, os moldes foram

transferidos para uma estufa (Lab. Companion, OV-12) mantendo-se a temperatura constante

56

de 60C por 24h. Aps este perodo, os moldes foram retirados da estufa e os corpos de prova

armazenados para posterior caracterizao e ensaios.

2.7 Caracterizao

2.7.1 Viscosidade

As medidas de viscosidade foram realizadas em um viscosmetro cone-prato

Brookfield CAP 2000. As medidas foram feitas a temperatura de 50C com rotao variando

de 500 a 1250 rpm, no total de 10 medidas para cada rotao, com tempo de ensaio de 30 s.

2.7.2 Anlise Elementar

A anlise elementar foi realizada em um Analisador Elementar CE Instruments

CHNS, modelo EA-1100, com intuito de determinar o percentual em massa do carbono,

hidrognio e nitrognio presente nas amostras, sendo que o oxignio foi determinado pela

diferena da soma das porcentagens dos outros elementos. A anlise elementar foi realizada

na Central de Anlises do Departamento de Qumica da Universidade Federal de Santa

Catarina (UFSC).

2.7.3 Difrao de Raios-X (DRX)

Para as anlises do grafite natural, grafite sonificado, grafite esfoliado por fluido

supercrtico de dixido de carbono (GE-scCO2), xido de grafite 1 e 2 (OG1 e OG2), xido de

grafite expandidos 1 e 2 (OGE1 e OGE2) e xido de grafite reduzidos 1 e 2 (OGR1 e OGR2),

os difratogramas de raios-X (DRX) foram obtidos em um difratmetro de raios-X da marca

Shimadzu, modelo XRD 6000, com fonte de radiao CuK. As anlises foram feitas com

ngulo 2 variando de 5 a 60 para todos os reforos. O comprimento de onda utilizado foi de

=1,54060 A, voltagem de 40,0 kV e corrente de 30,0 mA. Nos sistemas curados de resina

pura, antes e aps sonificao, e nos sistemas de resina epoxdica reforados com GS, OG e

OGE, os DRXs foram realizados no mesmo equipamento, porm com fonte de radiao

CoK. As anlises foram feitas com ngulo 2 variando de 10 a 50. O comprimento de onda

utilizado foi de =1,78897 A, voltagem de 40,0 kV e corrente de 30,0 mA.

57

2.7.4 Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR)

As anlises de espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier foram

coletadas usando um espectrofotmetro Perkin-Elmer Spectrum One B, no total de 12

varreduras na regio espectral de 4000 a 600 cm-1

, com resoluo de 4 cm-1

, utilizando o

acessrio de reflectncia total atenuada (ATR) com cristal de ZnSe.

2.7.5 Microscopia ptica (MO)

As anlises de microscopia ptica (MO) foram realizadas em um microscpio ptico

(Olympus, CX31) por transmisso de luz e as imagens foram capturadas por uma cmera

digital acoplada ao microscpio (Lumenera Infinity 1-2C) e editadas com auxlio dos

softwares Lumenera Infinity Capture e Lumenera Infinity Analyse. As amostras foram

preparadas com espessura de aproximadamente 0,45 0,05 mm.

2.7.6 Microscopia Eletrnica de Varredura (MEV)

A microscopia eletrnica de varredura (MEV) foi realizada em um microscpio

eletrnico de varredura Zeiss DSM 940A a 15 kV para analisar a superfcies das amostras.

Em todas as anlises, as amostras foram recobertas com uma camada de ouro de

aproximadamente 25 nm com auxlio de um metalizador Bal-Tec SCD 050.

2.7.7 Microscopia Eletrnica de Transmisso (MET)

As anlises de microscopia eletrnica de transmisso (MET) foram realizadas em um

microscpio eletrnico de transmisso da Zeiss modelo LIBRA 120 equipado com filtro de

energia (Zeiss Libra 120 EFTEM) operando a 80 kV. As anlises de MET foram realizadas na

Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). As amostras dos nanocompsitos foram

cortadas em um micrtomo para se obter filmes de espessura de cerca de 50 nm. J as

amostras dos reforos foram primeiramente suspensas em gua em concentraes baixas e

posteriormente gotejadas (~10 mL) sobre a grade de suporte do equipamento.

58

2.7.8 Anlise Termogravimtrica (TGA)

As anlises termogravimtricas (TGA) foram realizadas em um equipamento TGA

Q50 V20.10 (TA Instruments, USA) para avaliar a perda de massa das amostras. Para os

sistemas curados de resina pura, com e sem sonificao, e para os sistemas curados com

adio dos reforos, as amostras foram pesadas (aproximadamente 10 mg), colocadas em um

porta amostra de platina e aquecidas da temperatura ambiente at 550C a uma taxa de

aquecimento de 10 C.min-1, sob atmosfera inerte com fluxo de nitrognio de 50 mL.min-1.

Essas anlises de TGA foram realizadas na Universidade da Regio de Joinville (UNIVILLE).

Para as amostras de OG2, OGE2 e OGR2 foi utilizado um equipamento da marca

NETZSCH, modelo STA 449C. O ensaio foi conduzido da temperatura ambiente at 1000C,

com taxa de aquecimento de 5 C.min-1

devido a possvel expanso das amostras no forno do

equipamento (STANKOVICH et al, 2007). Essas anlises foram realizadas na Universidade

do Estado de Santa Caterina (UDESC).

2.7.9 Calorimetria Exploratria Diferencial (DSC)

As anlises de calorimetria exploratria diferencial (DSC) foram conduzidas em um

equipamento DSC Q20 V24.4 (TA Instruments, USA) para avaliar o comportamento trmico

das amostras de resina epoxdica pura no curada, resina epoxdica pura sonificada no

curada, resina epoxdica pura curada e dos nanocompsitos curados. Para isso, as amostras

foram pesadas (aproximadamente 10 mg) e submetidas a dois aquecimententos a taxa de 10

C.min-1

, sendo o primeiro aquecimento da temperatura ambiente at 200C (isoterma a

200C por 2 min, seguido de resfriamento rpido at 0C e isoterma de 2 min nesta

temperatura) e o segundo de 0C at 200C, ambos sob atmosfera inerte com fluxo de

nitrognio de 20 mL.min-1

. As anlises de DSC foram realizadas na Universidade da Regio

de Joinville (UNIVILLE).

2.7.10 Ensaio de Trao

Os corpos de prova de trao foram ensaiados em uma mquina universal de ensaios

mecnicos EMIC DL 30000 de acordo com a norma ASTM D638M-93, utilizando-se uma

clula de carga de 1000 kgf e velocidade de ensaio de 5 mm.min-1

. Foram utilizados de 6 a 9

corpos de prova para cada amostra para se obter valores de desvio padro mais confiveis.

59

2.7.11 Microdureza Vickers

As anlises de microdureza das amostras foram executadas em um microdurmetro

digital HMV-2T Shimadzu, realizando-se 5 medidas para cada amostra com a aplicao de

uma carga de 25 g por 10 segundos.

2.7.12 Espectroscopia de Impedncia

Para medir a condutividade das amostras foi utilizado um analisador de impedncia

Precision Impedance Analyzer 4294A - Agilent. A impedncia foi monitorada em funo da

freqncia em um intervalo de 40 Hz a 40 MHz e as amostras foram submetidas a uma tenso

alternada senoidal com amplitude de 500 mV. Todas as medidas foram feitas na direo

transversal do filme, utilizando a mdia de 20 varreduras, em temperatura ambiente. Para cada

amostra, um filme de 0,45 0,05 mm de espessura foi preso entre dois eletrodos de ao inox

com dimetro de 8,75 mm em uma clula aberta. A Figura 23 descreve o aparato experimental

utilizado para medir a impedncia das amostras, no qual est representado o circuito

equivalente formado pela clula de medida, o filme e o espectrmetro de impedncia.

Figura 23 Aparato experimental utilizado para medir a impedncia das amostras.

O espectrmetro de impedncia pode ser descrito por uma fonte de corrente eltrica

com freqncia varivel. J o circuito equivalente constitudo por trs impedncias: Zo

(aberto ou em curto) em paralelo com Zs (sistema) que esto em srie com Za (amostra). A

impedncia Zo medida quando os eletrodos esto abertos afastados entre si a uma distncia

igual espessura da amostra. Esse procedimento mede a capacitncia do sistema j que o ar

500 mV

40 MHz

Zo

Zs

Za

60

em contato com os eletrodos torna-se um meio dieltrico. A impedncia Zs uma medida

realizada quando os eletrodos esto em contato. Esta medida de curto circuito fornece o valor

da indutncia do sistema que gerado pela resistncia dos fios que conectam os eletrodos no

espectrmetro, pela resistncia dos eletrodos que prendem a amostra e pela indutncia gerada

por uma espira composta pelos eletrodos e fios que esto ligados ao espectrmetro na forma

circular. O valor de Za a impedncia da amostra que quando descontados os valores de Zo e

Zs fornecem valores de impedncia verdadeiros da amostra, de acordo com a Equao 2.

ZsZoZa (2)

A partir dos valores de |Z| gerados pelo equipamento, possvel calcular propriedades

eletromagnticas da amostra, como a condutividade () e constante dieltrica real. Existe uma

relao entre a admitncia medida (Ym, inverso da impedncia) e a condutividade. Essa

relao est descrita na Equao 3.

d

AjY orm )( (3)

As permissividades dieltrica do material e do vcuo so representadas por r e o,

respectivamente. A a rea dos eletrodos em contato com o filme e d o espaamento entre os

eletrodos, correspondente espessura da amostra. Assim como a impedncia, a admitncia

um nmero complexo formado por parte real e imaginria. Resolvendo para a parte real, a

condutividade () calculada atravs da Equao 4.

A

d

ZA

dY

m

mm

cosRe

(4)

Simplificando, a condutividade das amostras () foi calculada utilizando a Equao 5,

na qual o ngulo de fase representado por m, d a distncia entre os eletrodos, |Z| o

mdulo da impedncia e A a rea dos eletrodos.

ZA

d m

cos (5)