Caracteriza§£o de polimeros

  • View
    211

  • Download
    9

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Caracterização de polímeros

Text of Caracteriza§£o de polimeros

  • 1. 92CAPTULO 5ALGUMAS TCNICAS DE CARACTERIZAO DE MATERIAISSumrioObjetivos deste captulo ............................................................................................935.1 Introduo ...........................................................................................................935.2 O microscpio tico.............................................................................................945.3 O microscpio eletrnico de transmisso (MET).................................................955.4 Microscopia eletrnica de varredura (MEV) ........................................................965.4.1 EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) ...........................................................995.5 Difrao de raios-X............................................................................................1005.5.1 Os raios-X ......................................................................................................1015.5.2 Difrao de raios-X.........................................................................................1035.6 Determinao de estruturas cristalinas por difrao de raios-X ........................1055.6.1 O mtodo dos ps de anlise por difrao de raios-X....................................1055.6.2 Condies de difrao em clulas unitrias cbicas ......................................1065.7 Interpretao dos resultados experimentais de difrao de raios-X, em metaiscom estruturas cristalinas cbicas...........................................................................1085.8 Resumo.............................................................................................................1115.9 Algumas definies ...........................................................................................1115.10 Referncias bibliogrficas do captulo.............................................................112Exerccios................................................................................................................113

2. 935 ALGUMAS TCNICAS DE CARACTERIZAO DE MATERIAISObjetivos deste captuloFinalizado o captulo o aluno ser capaz de: conhecer algumas tcnicas de caracterizao de estruturas obter dados da estrutura cristalina a partir dos espectros de raios-X; calcular ngulos de difrao e ngulos de Bragg; deduzir a lei de Bragg.5.1 IntroduoA caracterizao microestrutural de um material est intimamente relacionadacom as propriedades do mesmo. Os materiais metlicos so predominantementecristalinos e na caracterizao da microestrutura interessa determinar fasespresentes, contornos de gros e defeitos cristalinos. Nos materiais magnticocristalinos interessa identificar defeitos bidimensionais especficos, tais comofronteiras de domnio magnticos. Por outro lado, numerosas ligas podem, emcondies especiais, ser obtidas totalmente amorfas ou parcialmente cristalinas.Muitos materiais, tais como as cermicas tradicionais, contm tambm fasesamorfas e poros. J os materiais polimricos, ou so totalmente amorfos (algumasresinas termorrgidas ou termofixas e alguns termoplsticos) ou so parcialmentecristalinos (a maioria dos termoplsticos). No caso dos termoplsticos parcialmentecristalinos, a fase cristalina geralmente est dispersa numa matriz amorfa. Tambm possvel obter alguns polmeros termoplsticos totalmente cristalino.Uma caracterizao microestrutural desejvel envolve a determinao daestrutura cristalina, composio qumica, quantidade, tamanho, forma e distribuiodas fases. A determinao da natureza, quantidade (densidade) e distribuio dosdefeitos cristalinos tambm , em muitos casos, necessria. Alm disso, aorientao preferencial das fases (textura e microtextura) e a diferena de orientaoentre elas tambm tem estreita relao com o comportamento dos materiais. Asespcies presentes na microestrutura apresentam caractersticas bastantediferenciadas e exigem um nmero relativamente grande de tcnicascomplementares para a sua caracterizao.A determinao da estrutura cristalina normalmente envolve a utilizao detcnicas de difrao, tais como difrao de raios-X, eltrons ou nutrons. Acomposio qumica das fases e micro-regies pode ser estudada com uma dezenade tcnicas, sendo que as mais utilizadas so anlises de raios-X por comprimentosde onda ou por disperso de energia, espectroscopia de eltrons Auger emicrossonda inica utilizando espectroscopia de massas. A quantidade, tamanho,morfologia e distribuio das fases e defeitos cristalinos so estudados com auxliode microscopia ptica (MO), eletrnica de varredura (MEV), eletrnica detransmisso (MET). Em menor extenso, mas em uma faixa exclusiva de altoaumento e excelente resoluo, encontra aplicao a microscopia de campo inico(MCI). Alm das tcnicas diretas mencionadas acima, existem dezenas de tcnicasindiretas tais como dureza e resistividade eltrica, que so medidas de propriedadesdos materiais sensveis s modificaes microestruturais dos mesmos. 3. 94Deve-se destacar que essas tcnicas so complementares e cada uma delastem seu campo especfico de aplicao. Todavia, se tivssemos que destacar aprincipal potencialidade de cada uma, poderia afirmar-se que: a microscopia ptica permite a anlise de grandes reas em curto espao detempo, alm de ser de utilizao simples, rpida e pouco dispendiosa; a microscopia eletrnica de varredura, por apresentar excelente profundidadede foco, permite a anlise com grandes aumentos de superfcies irregulares,como superfcies de fratura; a microscopia eletrnica de transmisso permite a anlise de defeitos e fasesinternas dos materiais, como discordncias, defeitos de empilhamento epequenas partculas (precipitados muito finos, de dimenses nanomtricas)de segunda fase, defeitos estes no observveis por MO ou por MEV. a microscopia de campo inico, por apresentar excelente resoluo, permiteestudos difceis de serem realizados com as outras tcnicas, tais comoobservao de defeitos puntiformes, aglomerados de tomos de soluto("cluster") e anlise da "estrutura" de contornos e de interfaces.A Tabela 5.1 apresenta algumas caractersticas dos principais tipos demicroscopia. Deve-se lembrar, entretanto, que os valores apresentados na Tabeladependem muito das caractersticas particulares de cada equipamento e so apenasorientativos.Tabela 5.1 - Algumas caractersticas dos principais tipos de microscopia.Caractersticas MicroscopiapticaMicroscopiaeletrnica devarreduraMicroscopiaeletrnica detransmissoMicroscopiade campoinicoTenso deacelerao (kV) - 3 a 50 50 a 1000 5 a 15Faixa til deaumentos 1 a 3000 X 10 a 50000 X 1000 a 300000 X 1000000 XResoluo ( ) 3000 30 3 1Profundidadede foco com1000 X0,1 mm 100 mm 10 mm -Densidademxima dediscordnciasmedida(cm/cm3)105(cavidades decorroso)106(cavidadesde corroso)1012 (lmina fina) -5.2 O microscpio ticoO microscpio tico consiste basicamente de um tubo tico (caminho de luz)ligado por um conjunto de lentes a ocular e objetiva (esta prxima do objeto a serobservado), como esquematizado na Figura 5.1. Modernamente so incorporadosao tubo tico uma srie de elementos ticos tais como prismas, filtros, analisadores,espelhos, lentes e outros. Os microscpios metalogrficos usam a luz refletida,entanto que aqueles para anlise de polmeros, vidros ou para anlise de amostrasem biologia o microbiologia usam a luz transmitida. 4. 95Figura 5.1 - Esquema de uma vista lateral de um microscpio tico usado pararefletir luz ampliada vinda de uma amostra metlica polida e quimicamente atacada(contrastada). A regio, que, devido ao ataque, est rugosa, no reflete bem a luz eaparece escura.5.3 O microscpio eletrnico de transmisso (MET)Um microscpio eletrnico de transmisso consiste de um feixe de eltrons eum conjunto de lentes eletromagnticas, que controlam o feixe, encerrados em umacoluna evacuada com uma presso cerca de 10-5 mm Hg. A Figura 5.2a mostra aseo esquemtica vertical de um aparelho que utiliza 100 kV como diferena depotencial mxima de acelerao do feixe.Um microscpio moderno de transmisso possui cinco ou seis lentesmagnticas, alm de vrias bobinas eletromagnticas de deflexo e aberturaslocalizadas ao longo do caminho do feixe eletrnico. Entre estes componentes,destacam-se os trs seguintes pela sua importncia com respeito aos fenmenos dedifrao eletrnica: lente objetiva, abertura objetiva e abertura seletiva de difrao. Afuno das lentes projetoras apenas a produo de um feixe paralelo e desuficiente intensidade incidente na superfcie da amostra.Os eltrons saem da amostra pela superfcie inferior com uma distribuio deintensidade e direo controladas principalmente pelas leis de difrao impostaspelo arranjo cristalino dos tomos na amostra. Em seguida, a lente objetiva entra emao, formando a primeira imagem desta distribuio angular dos feixes eletrnicosdifratados. Aps este processo importantssimo da lente objetiva, as lentes restantes 5. 96servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difrao para futuraobservao na tela do monitor.Na Figura 5.2b mostrada uma fotografia de um MET de 200 kV. Deve-sefinalmente destacar que embora existam em operao alguns aparelhos cuja tensode acelerao de 1000 kV, a maioria dos equipamentos utilizados no estudo demateriais (metlicos, cermicos e polimricos) dispe de tenso de acelerao deat 200 kV. Os MET utilizados em biologia (materiais orgnicos naturais) em geraloperam na faixa de 60 a 80 kV.Figura 5.2 - (a) Microscpio eletrnico de transmisso esquemtico e (b) fotografiade um microscpio eletrnico de transmisso (MET) modelo EM 208S da Philips.5.4 Microscopia eletrnica de varredura (MEV)A microscopia eletrnica de varredura usa de quase todos os sinais geradospela interao entre o feixe de eltrons e o espcimen, provendo uma granderiquesa de informaes adicionais sobre os materiais. No MEV, um feixe de eltronsde 5-50 KeV varre a superfcie do espcimen. So produzidos raios-X, eltronsretroespalhados e eltrons secundrios que so detectados e analisados pordiferentes tcnicas. Podem ser obtidos aumentos de at 100.000X com resoluesda ordem de 20nm. Microscpio eletrnico de varredura funciona com os mesmosprincpios do microscpio