Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRNCentro de Ciências Exatas e da Terra – CCET

Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais – PPGCEM Laboratório de Processamento de Materiais por Plasma – Labplasma

WORKSHOP RECONPLASMAEstudo das anomalias espectrais verificada em

diagnóstico de plasma tecnologicamente importantes

Júlio César P. BarbosaOrientador: Clodomiro Alves Jr.

Campos do Jordão 25/09/2010

1. Entender o mecanismo de excitação das espécies na

anomalia;

2. Tentar correlacionar a presença das espécies às fases

cristalinas, microestrutura e topografias de superficies tratadas

termoquimicamente por plasma;

3. Tentar correlacionar a presença das espécies às propriedades

ópticas, mecânicas e físico-químicas das superfícies tratadas;

4. Comparar essa correlação com a da concentração dos gases;

Revisão bibliográficaConcentração de um gás no processo é menos importante do

que as espécies que ela pode gerar;

Os gases adicionados têm a função de realçar importantes linhas de emissão (agente catalisador);

Promoção de efeitos diferenciados: captura de elétrons mais lentos (gás reativo), incremento na taxa de ionização pelo efeito Penning (gás inerte);

Espécies em particular são mais influentes na mecânica de interação plasma/superfície justificando o diagnóstico de plasma por OES. Essa afirmação leva novamente ao primeiro tópico.

O aumento da intensidade luminosa associada às espécies do gás adicionado é devido ao maior número de partículas ou simplesmente por haver aumento natural da corrente elétrica?

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Revisão bibliográfica

Fixar o valor de fluxo de um gás referência;

Adicionar sistematicamente os outros dois gases, ignorando a pressão de trabalho;

Coletar os dados por OES para cada adição gasosa;

Igualar o valor de Intensidade de uma espécie bem definida do gás referência (Ar).

Estratégia de estudo

ExperimentalAr-N2-H2

Ar-N2-O2

Ar-N2-CH4

Efeitos possíveisRedução do número de espécies de nitrogênio

(ligações NH, NH2 NH3, etc.);

Caminho livre médio reduzido;

Corrente elétrica aumentada;

Média de energia de elétrons aumentada (captura de elétrons de baixa energia);

Distribuição da energia entre mais partículas;

Efeito Penning;

Primeiros resultados

0 1 2 3 4

N2

+ (391,4 nm) 1 N2 - 1 Ar - x H

2

1 N2 - 2 Ar - x H

2

1 N2 - 3 Ar - x H

2

1 N2 - 4 Ar - x H

2

Inte

nsi

da

de

(U

. A.)

Fluxo de H2 (SCCM)

0 1 2 3 4

2 N2 - 1 Ar - x H

2

2 N2 - 2 Ar - x H

2

2 N2 - 3 Ar - x H

2

2 N2 - 4 Ar - x H

2

N2

+ (391,4 nm)

Inte

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. A

.)

Fluxo de H2 (SCCM)

0 1 2 3 4

N2

+ (391,4 nm) 3 N2 - 1 Ar - x H

2

3 N2 - 2 Ar - x H

2

3 N2 - 3 Ar - x H

2

3 N2 - 4 Ar - x H

2

Inte

nsid

ade

(U. A

.)

Fluxo de H2 (SCCM)

0 1 2 3 4

N2

+ (391,4 nm) 4 N2 - 1 Ar - x H

2

4 N2 - 2 Ar - x H

2

4 N2 - 3 Ar - x H

2

4 N2 - 4 Ar - x H

2

Inte

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da

de

(U

. A

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Fluxo de H2 (SCCM)

0 1 2 3 4

H (656,3 nm)In

ten

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U. A

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Fluxo de H2 (SCCM)

1 N2 - 1 Ar - x H

2

1 N2 - 2 Ar - x H

2

1 N2 - 3 Ar - x H

2

1 N2 - 4 Ar - x H

2

0 1 2 3 4

H (656,3 nm) 2 N2 - 1 Ar - x H

2

2 N2 - 2 Ar - x H

2

2 N2 - 3 Ar - x H

2

2 N2 - 4 Ar - x H

2

Inte

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de

(U

. A.)

Fluxo de H2 (SCCM)

0 1 2 3 4

H (656,3 nm) 3 N2 - 1 Ar - x H

2

3 N2 - 2 Ar - x H

2

3 N2 - 3 Ar - x H

2

3 N2 - 4 Ar - x H

2

Inte

nsid

ade

(U. A

.)

Fluxo de H2 (SCCM)

0 1 2 3 4

4 N2 - 1 Ar - x H

2

4 N2 - 2 Ar - x H

2

4 N2 - 3 Ar - x H

2

4 N2 - 4 Ar - x H

2

H (656,3 nm)

Inte

nsi

da

de

(U

. A.)

Fluxo de H2 (SCCM)

Primeiros resultados

0 1 2 3 4

Ar (1 SCCM)N

2 (1 SCCM)

Pot = 75 W

Inte

nsid

ade

(U. A

.)

Fluxo de H2 (SCCM)

N2

+ (391,4 nm) H (656,3 nm) H (486,1 nm)

0 1 2 3 4

N2

+ (391,4 nm) H (656,3 nm) H (486,1 nm)

Ar (1 SCCM)N

2 (2 SCCM)

Pot = 75 W

Inte

nsi

da

de

(U

. A

.)

Fluxo de H2 (SCCM)

0 1 2 3 4

N2

+ (391,4 nm) H (656,3 nm) H (486,1 nm)

Ar (1 SCCM)N

2 (3 SCCM)

Pot = 75 W

Inte

nsi

da

de

(U

. A

.)

Fluxo de H2 (SCCM)

0 1 2 3 4

N2

+ (391,4 nm) H (656,3 nm) H (486,1 nm)

Ar (1 SCCM)N

2 (4 SCCM)

Pot = 75 W

Inte

nsi

da

de

(U

. A

.)

Fluxo de H2 (SCCM)

Primeiros resultados

0 1 2 3 4

N2

+ (391,4 nm) H (656,3 nm) H (486,1 nm)

Ar (2 SCCM)N

2 (1 SCCM)

Pot = 75 W

Inte

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(U. A

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Fluxo de H2 (SCCM)

0 1 2 3 4

N2

+ (391,4 nm) H (656,3 nm) H (486,1 nm)

Ar (2 SCCM)N

2 (2 SCCM)

Pot = 75 W

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Fluxo de H2 (SCCM)

0 1 2 3 4

N2

+ (391,4 nm) H (656,3 nm) H (486,1 nm)

Ar (2 SCCM)N

2 (3 SCCM)

Pot = 75 W

Inte

nsid

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Fluxo de H2 (SCCM)

0 1 2 3 4

N2

+ (391,4 nm) H (656,3 nm) H (486,1 nm)

Ar (2 SCCM)N

2 (4 SCCM)

Pot = 75 W

Inte

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de

(U

. A

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Fluxo de H2 (SCCM)

Primeiros resultados

0 1 2 3 4

N2

+ (391,4 nm) H (656,3 nm) H (486,1 nm)

Ar (3 SCCM)N

2 (1 SCCM)

Pot = 75 W

Inte

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(U

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Fluxo de H2 (SCCM)

0 1 2 3 4

N2

+ (391,4 nm) H (656,3 nm) H (486,1 nm)

Ar (3 SCCM)N

2 (2 SCCM)

Pot = 75 W

Inte

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(U. A

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Fluxo de H2 (SCCM)

0 1 2 3 4

N2

+ (391,4 nm) H (656,3 nm) H (486,1 nm)

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Pot = 75 W

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Fluxo de H2 (SCCM)

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N2

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Fluxo de H2 (SCCM)

Primeiros resultados

0 1 2 3 4

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Fluxo de H2 (SCCM)

0 1 2 3 4

N2

+ (391,4 nm) H (656,3 nm) H (486,1 nm)

Ar (4 SCCM)N

2 (1 SCCM)

Pot = 75 W

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Fluxo de H2 (SCCM)

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Pot = 75 W

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Fluxo de H2 (SCCM)

0 1 2 3 4

N2

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Ar (4 SCCM)N

2 (3 SCCM)

Pot = 75 W

Inte

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(U. A

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Fluxo de H2 (SCCM)

Primeiros resultados

Mesmo que o gás Ar contribua no processo de ionização e excitação, esse efeito não é intenso o suficiente para criar as anomalias em menores concentrações de gases reativos;

As quantidade de espécies que emitem em comprimentos de onda mais altos tende a ser oposta àquelas que emitem em mais baixos. Isso indica maior influência da variação da média de temperatura de elétrons do que número de partículas;

O efeito Penning e a eletronegatividade do hidrogênio são fatores secundários nesse processo;

Conclusões

Agradecimentos