Radiao Trmica

Radiao Trmica

Fsica Clssica:

Todo corpo acima de 0 K emite uma radiao trmica. Radiao trmica a vibrao trmica de tomos que se movem em torno de uma posio de equilbrio emitindo radiao eletromagntica. O poder de absoro de uma superfcie igual ao poder de emisso da mesma, ou seja, a porcentagem de energia absorvida a mesma da emitida.

Propriedades gerais da radiao eletromagntica

A radiao eletromagntica descrita por um modelo clssico de onda senoidal, complementado com a idia de que composta por um fluxo de partculas discretas, chamadas ftons, cuja energia proporcional freqncia da radiao. considerada ento onda e partcula. A radiao eletromagntica no requer um meio para sua transmisso.

Propriedades ondulatrias da radiao eletromagntica

A radiao eletromagntica pode ser representada por campos eltrico e magntico, com oscilaes senoidais em fase e perpendiculares entre. O componente eltrico responsvel por fenmenos, como a transmisso, a reflexo, a refrao e a absoro.

O componente magntico responsvel pela absoro de ondas de rdio freqncia na ressonncia magntica nuclear.

O espectro eletromagntico

Representa uma faixa de comprimentos de onda e freqncias, e, portanto, energias.

Difrao da radiao

Difrao um processo no qual um feixe paralelo de radiao dobrado quando passa por uma barreira abrupta ou atravs de uma abertura estreita. conseqncia da interferncia.Transmisso da radiao

A velocidade em que a radiao propagada atravs de uma substncia depende dos tipos e concentraes dos tomos, ons ou molculas no meio. A transmisso envolve a deformao temporria que as nuvens eletrnicas associadas aos tomos, ons ou molculas do meio sofrem pelo campo eletromagntico da radiao (Polarizao).

A energia necessria polarizao retida pelo meio e reemitida sem alterao quando a radiao volta ao seu estado original. O ndice de refrao de um meio definido por _ = c / v. A variao do ndice de refrao de uma substncia com o comprimento de onda, ou freqncia, chamada de disperso.

Refrao e reflexo da radiao

Refrao quando a radiao passa atravs da interface entre dois meios que tenham diferentes densidades, ocorrendo uma mudana na direo e velocidade da radiao nos dois meios. Reflexo quando a radiao reflete em uma interface entre meios com ndice de refrao diferentes.

Emisso da radiao

A radiao produzida quando partculas excitadas relaxam aos nveis de energia mais baixos, gerando ftons.A excitao pode ser feita por vrios modos:

_ bombardeamento com partculas elementares, raiosX;

_ exposio a uma fasca eltrica ou ao calor de uma chama, arco ou forno, que produz radiao ultravioleta, visvel ou infravermelha;

_ irradiao com um feixe de radiao, que causa fluorescncia.

Absoro da radiao

Quando a radiao atravessa uma camada de slido, lquido ou gs, certas freqncias podem ser

removidas pela absoro, um processo no qual a energia eletromagntica transferida aos tomos, ons ou

molculas que compe a amostra.

A absoro promove estas partculas de seu estado fundamental a um ou mais estados excitados. Para

que a absoro ocorra, a energia do fton tem que ser exatamente igual diferena de energia entre o estado

fundamental e um dos estados excitados.

Mtodos Espectroanaliticos

1) Absoro Atmica: Energia de um comprimento de onda especfico emitido pela lmpada de catodo

oco. Comprimento de onda especfico absorvido promovendo um eltron a um nvel de maior energia.

Absoro proporcional concentrao elementar.

2) Emisso tica: Transferncia de energia (trmica/colisional) a partir de uma chama ou fonte de plasma.

Transferncia de energia promove um eltron a um nvel de maior energia. O eltron retorna a seu estado

fundamental emitindo energia luminosa em um determinado l. Emisso proporcional concentrao

elementar.

3)Espectroscopia de Massa: Transferncia de energia (trmica/colisional) a partir de uma fonte de

plasma. Transferncia de energia promove a ionizao da espcie, gerando ons carregados

positivamente. Esses so transferidos e analisados em um espectrmetro de massas.

Espectroscopia de Absoro Atmica: (AAS)

a) FAAS (Espectrometria de absoro atmica com chama)

b) GFAAS (Espectrometria de absoro atmica com forno de grafite)

c)WCAAS(Espectrometria de absoro atmica com filamento de tungstnio)

Difrao de Raios-X

1. Introduo

A tcnica de difrao e electroscopia de raios X trata-se do uso de ondas

eletromagnticas com freqncias entre 3x1016 Hz e 3x1023 Hz( comprimentos de onda

entre 10-6nm e 10 nm) para caracterizar fases, no caso da difrao, ou fazer anlise qumica

elementar, no caso da espectroscopia.

2. Gerao de raios X

Raios X podem ser gerados por dois fenmenos eletromagnticos:

O primeiro seria o espalhamento de eltron, que consiste na alterao da trajetria

de um eltron que incide sobre um ncleo atmico. A freqncia da radiao depende do

ncleo, da velocidade incidente do eltron e do parmetro de impacto, _, que a distancia

da linha de trajetria do tomo com uma linha paralela que passa pelo centro do ncleo que

realizar o espalhamento. O espalhamento gera um espectro contnuo (branco) em que

gerada uma banda de intensidade, principalmente devido a grande variao possvel para o

parmetro de impacto. Nesse espectro temos um comprimento de onda mnimo bem

definido, causado pelo maior espalhamento possvel, e um comprimento mximo sem

limites, uma vez que o eltron pode passar infinitamente longe do ncleo.

O segundo fenmeno o de transio de eltrons entre nveis de energia em um

tomo, provocando absoro ou emisso de ftons. De forma geral, quando um tomo

promovido para um nvel de energia maior, ele absorve um fton, e quando ele rebaixado

para um menor, ele emite um fton. Nesse caso, a energia proveniente para o salto do

eltron quantizada. O espectro gerado por esse fenmeno chamado espectro

caracterstico, pois as transies so especficas de cada elemento qumico. A principal

transio entre nveis energticos a K, que ocorre quando um eltron da camada L e

subnvel P se desloca para a camada K.

O conjunto total de emisso consiste na sobreposio do espectro contnuo e

caracterstico, em que h um _min do espectro contnuo e as transies com picos de

intensidade originados do espectro caracterstico.

Geralmente o espectro de raio X utilizado em laboratrio gerado de um tubo de

raios X. Esse tubo formado por filamentos, alvo, cmara de refrigerao e janela de sada

da radiao. O funcionamento consiste em aquecer o filamento (de tungstnio) at que ele

emita eltrons. Esses eltrons so direcionados a um alvo atravs da aplicao de uma alta

tenso (ordem de dezenas de kV) entre o alvo e o filamento. O alvo uma placa de material

monoelementar, que d nome ao tubo (tudo de Cr, por exemplo) e emite raios X com o

bombardeamento de eltrons. Os raios X emitidos passam atravs da janela, que geralmente

de Be, material transparente a eles.

Para que um espectro gerado por um tubo de raios X seja utilizado preciso realizar

uma monocromatizao do espectro emitido. Esse processo feito principalmente atravs

da filtragem do espectro com a sua incidncia em uma placa de material. As possveis

interaes que decorrem disso so:

Emisso de eltrons: A energia incidida utilizada para excitar eltrons e emiti-los

em diferentes direes.

Espalhamento: os eltrons incidem na placa e se espalham com o mesmo

comprimento em diferentes direes.

Calor: os eltrons incidem na placa gerando calor, absorvendo os ftons.

Raio X fluorescento: o material absorve a energia dos raios X incididos e emite

novos raios X com diferentes comprimentos de onda em todas as direes.

Transmisso de raios X: ocorre quando o feixe atravessa o material sem ter

espalhamento, sendo parcialmente absorvido pelo material, causando os outros efeitos

listados acima. Esse fenmeno o mais importante na filtragem do espectro de raios X. A

intensidade do feixe transmitido dada por : I=I0 xexp(x), com sendo o coef. De

absoro linear.

O coef. /_ chamado de coef. De absoro mssica e caracterstico de cada

material. Esse coef. Se modifica com o comprimento de onda que est sendo absorvido,

com grandes descontinuidades. Exemplo do Ni, que tem coef. crescente at 1,4 A, que cai

abruptamente quando aumentado para 1,5 A, voltando a ser crescente. Esse comprimento

de onda em que ocorre a queda corresponde a uma aresta de absoro da srie K,

correspondendo o comprimento de onda que arrancam os eltrons da camada K do Ni.

Quando essa aresta se encontra entre picos de emisso do espectro caracterstico podemos

usar o material como filtro. Caso de Ni (aresta em 1,489 A) para filtrar emisso de raios X

do Cu ( K = 1,54 A e K_ = 1,39 A), em que a emisso total do Cu pode ser filtrada

obtendo um espectro com uma alta intensidade de emisso de K e baixssimas emisses de

comprimentos menores devido a aresta e de maiores devido a crescente absoro mssica

com o comprimento. Ao final, o feixe est monocromado.

Outro modo de se obter feixes de raios X utilizando um Sncrotron. Nesse aparato

os eltrons giram constantemente em um tubo com alto-vcuo em que so acelerados por

eletroms de forma a manter uma trajetria circular. Com o desvio de sua trajetria o

eltron emite radiao tangencialmente a curva. Essa radiao controlada pela curvatura

da trajetria e muito bem quantizada, gerando um feixe com intensidades muito maiores

do que nos tubos de raios X e tambm com comprimento de onda muito mais limpo.

Com isso possvel realizar medidas muito mais precisas e rpidas do que no tubo de raios

X.

3. Difrao de Raios X e a lei de BraggQuando incidimos um feixe de raios X sobre um material temos diversas interaes,

sendo a difrao a de grande importncia para essa tcnica. Ela determinada quando a

radiao incidente emerge da amostra com mesmo comprimento de onda, mas numa

direo diferente. Essa difrao ocorre em uma nica direo quando o material

cristalino, ou seja, o arranjo de tomos peridico.

A difrao ocorre sob a condio de que satisfaa a lei de Bragg. Ela estabelece

que o feixe ser refratado somente se obedecer a seguinte equao:

n._=2.d.sen(_)Sendo d a distncia entre planos paralelos, _ o ngulo de refrao e n a ordem de

refrao do material. Essa equao mostra que para que o feixe refratado apresente uma

interao no destrutiva entre as ondas o comprimento deve ser da proporcional a distancia

interplanar dada por d/n. Para satisfazer ainda as condies de difrao temos que o

material necessita de um nmero mnimo de clulas unitrias iluminadas tambm que o

fator de estrutura seja diferente de 0. O fator de estrutura assume o valor 0 para redes CCC

com planos {hkl} em que h+k+l= n. mpar, e tambm para materiais CFC com h, k e l

misturados entre pares e mpares (pelo menos um deles mpar ou par).

4. Tcnica de Difrao de raios X (DRX)

Essa tcnica consiste em incidir sobre uma amostra um feixe de raios X de

comprimento de onda conhecido de modo a determinar os ngulos em que ocorre a difrao

do feixe (ngulos de Bragg), deduzindo assim a distncia interplanar. O aparelho utilizado

para realizar a anlise se chama difratmetro e a informao proveniente de difratograma,

em que coletada a informao de intensidade do feixe que chega ao detector e o ngulo

2_. O difratmetro consiste de 4 principais partes: a fonte de raios X, o detector de raios X,

o gonimetro e a mesa do porta-amostra.

Para que essa anlise apresente bons resultados deve-se ter uma amostra isenta de

textura ou qualquer tipo de orientao preferencial. Para que uma fase seja detectada por

esse mtodo preciso que ela represente mais do que 5% do volume da poro em que o

feixe de raios X incide. Outro erro que pode ocorrer nessa anlise a superposio de

linhas de difrao de diferentes fases, dificultando a determinao da amostra.

Atravs dessa tcnica temos informaes estruturais (d) da amostra e assim, pode-se

inferir sobre o parmetro de rede do cristal ou identificar fases presentes na amostra. Para

materiais totalmente cristalinos, como materiais cermicos, temos picos muito bem

definidos e finos. Quando o material apresenta certa parcela amorfa temos picos mais

arredondados, mais grossos e mau definidos, chegando ao 100% amorfo, em que o

difratograma apresenta uma banda de intensidade muito larga e arredondada.

Os picos apresentados no difratograma esto relacionados com a fase presente, que

pode ser identificada atravs de fichas de difratogramas existentes, que foram determinadas

anteriormente. As intensidades apresentadas em um difratograma so relativas, pois

dependem de parmetros operacionais. Devido a quantidade de fichas, o ideal que se

tenha informaes prvias sobre os elementos qumicos que constituem a amostra.

5. Espectroscopia de raios X

Essa tcnica consiste em incidir sobre uma amostra conhecida, com parmetros

estruturais j determinados, um feixe de raios X desconhecido. Desse modo, atravs dos

ngulos de difrao pode-se determinar o comprimento de onda do feixe incidente sobre o

cristal analisador. Esse feixe de raios X proveniente do bombardeamento de uma amostra

desconhecida com feixes de raios X primrios, que absorve os ftons e emite espectros de

raios X referentes aos elementos qumicos presentes na amostra.

O espectrmetro usa o feixe de raios X fluorescentes da amostra. Sua estrutura

praticamente igual ao difratmetro, mas agora a amostra fica fora do crculo do gonimetro

e que bombardeada com um feixe de raios X e no meio do gonimetro est presente o

cristal analisador.

Grande diferena entre um difratograma e um espectrograma que no primeiro os

picos so relativos aos planos de difrao das fases do material enquanto no segundo os

picos so provenientes da emisso de onda pela amostra.

importante ter em mente que essas anlises so QUALITATIVAS, apresentando

resultados que identificam a fase ou elementos presentes na amostra, mas no os

quantificam!! A anlise quantitativa por raios X pode ser feita atravs da tcnica de

Rietveld em que diversos parmetros dos picos de difrao e do rudo de difrao so

equacionados e normalizados. Essa tcnica muito trabalhosa, e, portanto no muito

usada, ao menos que outras opes de anlise quantitativa no apresentem bons resultados.

Microscopia tica quantitativa

Metalografia: consiste no estudo da microestrutura dos metais. O procedimento para a

obteno de uma amostra metalogrfica consiste em:corte da seo de interesse,

embutimento, lixamento, polimento, ataque qumico e anlise em microscpio.

O corte da seo de interesse: Pode ser feito tanto utilizando: serras manuais,

automticas, cuttoff, eletroeroso, ou disco diamantado. Sendo que a deformao gerada na

amostra reduz-se dos primeiros citados at o ultimo que gera a menor deformao na

superfcie cortada. Segue-se embutimento:

Embutimento quente: A amostra cortada colocada na embutidora com a superfcie de

interesse voltada para baixo, em seguida, o mbolo enchido geralmente com baquelite.

Em seguida o mbulo selado, e aplicado presso e calor. A resina termofixa se funde e

solidifica, dando a amostra um formato adequado para a posterior preparao.

Caracterstica desse mtodo: Possui menor custo que o embutimento a frio, requer

menos tempo para o embutimento, Requer uma mquina embutidora, Possui insumos

baratos e facilmente encontrados. Em amostras cuja temperatura crtica baixa esse mtodo

no pode ser utilizado por possivelmente alterar a microestrutura a ser analisada

Embutimento a frio: A amostra cortada colocada no molde com a superfcie de interesse

voltada para baixo, em seguida colocada resina termoplstica junto com um catalisador.

Espera-se o tempo de cura da resina e a amostra est pronta

Caracterstica desse mtodo: Utiliza geralmente PMMA(mais cara), a cura da resina

mais lenta, no necessita de nenhum equipamento especfico

Lixamento: Consiste em lixar a superfcie de interesse com vrias granulometrias de lixas.

Polimento: Uso de granulometrias muito finas, tornando a superfcie quase espelhada.

Ataque Qumico: Consiste num ataque a regies preferenciais, de forma que revele

elementos a serem analisados na superfcie de interesse (contornos de gro, precipitados,

etc..)

Microscopia ticaResoluo significa a menor distncia discernvel entre duas retas pelo sistema. A

formula de resoluo do equipamento:

onde : R -> resoluo do equipamento, -> comprimento de luz do

sistema tico utilizado, N.A -> Abertura numrica da lente. Quanto menor R melhor!

Caractersticas do Microscpio tico: Utiliza faixa de luz visvel e lentes

convencionais; faixa de Aumento: 50x a 2000x; com luz do tipo: Refletida ou Transmitida;

possui um baixo custo relativo de equipamento(comparado com MEV); possui baixo custo

de manuteno; preparao de Amostra: requer uma superfcie lisa, com acabamento

prximo a espelhado; possui preparao de amostra simples, comparado com MEV/MET;

requer pouco treinamento.

Insero de escala na foto tirada pelo microscpio: cuidado com ampliao e reduo de

imagens sem incluso de escala.

MICROSCOPIA ELETRNICA DE VARREDURA

Funo

O Microscpio Eletrnico de Varredura geralmente utilizado para observaes de amostras espessas,

ou seja, basicamente no transparentes a eltrons. A razo principal de sua utilizao est associada alta

resoluo que pode ser atingida, tipicamente da ordem de 3 nm, e a grande profundidade de foco, da

ordem de 300 vezes melhor que a do microscpio tico, resultando em imagens com aparncia tridimensional.

Informaes topolgicas so obtidas utilizando-se eltrons de baixa energia da ordem de 50 ev e

informaes sobre nmero atmico ou orientao so obtidas utilizando-se eltrons de alta energia. Pode-se

ainda obter informaes sobre domnios em amostras magnticas ou utilizar sinais devido a condutividade

induzida pelo feixe de eltrons e luz catodoluminescente, para a caracterizao e anlise de falhas de

dispositivos semi-condutores. Alm disto, o MEV possibilita a obteno de informaes qumicas em reas da

ordem de mcrons.

Componentes bsicos de um MEV

Fonte de eltrons (filamento de canho)

Canho

O propsito do canho fornecer uma fonte estvel de eltrons, atingindo a amostra. O canho

tradicional utiliza um filamento aquecido de tungstnio como fonte de eltrons e um dispositivo tipo Wehnelt

que, desempenhando as funes de uma lente eletrosttica, converge os eltrons emitidos e acelerados numa

certa regio entre filamento e anodo chamado cross-over. A distribuio dos eltrons neste ponto representa

a distribuio espacial dos eltrons emitidos do filamento neste momento. O feixe incidente na amostra uma

imagem demagnificada deste crossover.

Cilindro de Wehnelt:

Este cilindro ou grade tem duas funes: a primeira, para controlar o grau de emisso de eltrons do

filamento, e a segunda, para permitir que os eltrons sejam direcionados para dentro do canho.

Filamentos

Um filamento de tungstnio feito de um pedao curvado de fio, tipicamente com 100 mcrons de

dimetro. Uma corrente aplicada ao filamento para aquecer o fio na faixa de 2700 K. Neste ponto so

emitidos eltrons do filamento por um processo chamado emisso de termoinica. Para que os eltrons no

filamento escapem do material, eles necessitam de energia suficiente para superar a energia da funo de

trabalho do material. Esta energia obtida pelo calor provido pelo filamento, que aquecido pela corrente de

polarizao.

Sistema tico-eletrnico no MEV

Este sistema consiste em uma fonte de eltrons, sistema de condensao duplo do feixe, bobinas de

varredura e lente objetiva final. A fonte de eltrons (canho) produz um feixe de eltrons divergente,

impulsionando-o para o centro da coluna. As lentes eletromagnticas so basicamente do mesmo tipo que as

utilizadas em qualquer microscpio eletrnico. No MEV, o objetivo dessas lentes o de formar o menor

dimetro de feixe de eltrons possvel, ou seja, produzir uma imagem demagnificada da rea da primeira

imagem do filamento. Em geral o sistema de lentes composto de duas condensadoras e uma objetiva.

Interao feixe-amostra

A interao de um feixe de eltrons de alta energia com a superfcie de uma amostra resulta na emisso de

eltrons e de raios-X com uma faixa de distribuio de energia e, em alguns casos, na emisso de radiao

catodoluminescente, que possui menor energia que raios-X.

Os eltrons gerados pela interao do feixe primrio com a amostra podem ser divididos em trs tipos: retroespalhados,

secundrios e Auger.

Eltrons retroespalhados: emitidos por espalhamento elstico, espalhamento de plasmons ou espalhamento

inelstico. Eltrons espalhados elasticamente saem basicamente com a mesma energia que o feixe incidente,

enquanto que os espalhados inelasticamente geralmente sofrem vrias interaes de espalhamento, e saem da

amostra com um espectro de energia menor que a energia do feixe.

Eltrons secundrios: eltrons de baixa energia (< 50 ev) e so formados pela excitao de eltrons

fracamente ligados ao ncleo, devido interao com eltrons primrios ou eltrons espalhados de qq tipo,

passando prxima a superfcie.

Quando um eltron de uma camada interior de um tomo arrancado por um eltron de alta energia (do feixe

primrio) o tomo pode retornar ao seu estado de energia original com a movimentao de um eltron de uma

camada mais externa para a camada interior vacante. Neste processo, existe liberao de energia, que

acompanhada ou pela emisso de um fton ou pela emisso de outro eltron da camada mais externa. A

emisso de fton resulta no espectro caracterstico de raios-X e a emisso de eltrons conhecida como

efeito Auger. Tambm neste caso, as energias tanto do fton como do eltron emitidos so caractersticas dos

elementos que os gerou, possibilitando a obteno de informaes das caractersticas qumicas da matria.

Tipos de espalhamento

Espalhamento Elstico e Inelstico

Quando eltrons atravessam um material eles interagem com os tomos atravs de uma fora eletrosttica e

podem ser espalhados inelstica ou elasticamente. O espalhamento elstico conserva ambos: a energia e o

momento dos eltrons e envolve uma interao Coulumbiana com o ncleo atmico e todos os eltrons ao

redor dele. Tal espalhamento d origem aos eltrons retroespalhados e difrao. Eventos de espalhamento

inelsticos resultam na transferncia de energia entre o feixe incidente de eltrons e a matria com qual eles

interagem. Estes eventos de espalhamentos inelsticos podem produzir raios-X, eltrons secundrios, fnons.

Emisso de raiox-X caractersticos

A interao de um eltron de alta energia com um tomo pode resultar na ejeo de um eltron de uma

camada atmica interna. Isto deixa o tomo em estado ionizado ou excitado, com uma vacncia nesta camada.

A variao em energia determinada pela estrutura eletrnica do tomo, que a nica para cada elemento.

Esta energia caracterstica pode ser libertada do tomo de dois modos: a primeira a emisso de um fton de

raios-X com uma energia caracterstica especifica para aquela transio e, consequentemente, para o

elemento. A deteco de tais ftons fornece informao sobre a composio elementar da amostra, em termos

de quantidade e distribuio. O segundo modo a liberao dos chamados eltrons de Auger.

Tipos de sinais

O feixe de eltrons interage com a regio prxima superfcie de uma amostra at uma profundidade de

aproximadamente alguns microns, dependendo da tenso de acelerao e da densidade do material. So

produzidos numerosos sinais como resultado desta interao, que podem ser detectados atravs de detectores

apropriados para fornecer informaes sobre a amostra. Estes sinais incluem emisso secundria de baixa

energia, gerao de eltron Auger, emisso de raios-X caracterstico, raiox-X continuo, emisso de eltrons

retroespalhados e catodoluminescncia.

Eltrons Auger

O bombardeamento da amostra por eltrons de alta energia resulta em tomos ionizados a certa profundidade.

Esta depende da tenso de acelerao e da densidade do material.

Um tomo ionizado pode emitir raios-X caracterstico ou energia liberada como um eltron. Um eltron

preenchendo a vacncia inicial pode lanar outro eltron do tomo em uma transio de baixa emisso de

radiao, chamada efeito Auger. Se um eltron da camada interna K lanado e um eltron da camada L

preenche esta vacncia, liberta energia e lana um eltron Auger da camada L. A transio de Auger ento

chamada de transio KLL.

A espectroscopia Auger uma tcnica sensvel superfcie, uma vez que eltrons Auger gerados mais

profundamente que os das camadas superficiais perdero a sua assinatura de energia enquanto caminham

para fora da amostra. Assim, o sinal detectado inclui eltrons gerados apenas das poucas primeiras monocamadas

da amostra-aqueles que tm energia suficiente para escapar.

Eltrons secundrios (SE)

A emisso de eltrons secundrios um dos sinais mais comuns usados para produzir imagens do MEV, uma

vez que a maioria do sinal est confinado a uma regio prxima do feixe incidente, e d origem a uma

imagem de alta resoluo.

A profundidade de escape de eltrons secundrios essencialmente determinada pela energia dos eltrons

secundrios gerados, pela seo transversal para este processo inelstico de excitao de eltrons e pelo livre

caminho mdio correspondente para este espalhamento. Se o eltron tem energia suficiente para superar a

energia de barreira de superfcie, ele pode escapar da amostra e pode ser detectado pelo detector de eltrons

secundrios. A probabilidade de escape diminui exponencialmente com a profundidade. Quando o feixe

incidente penetra na amostra, podem ser produzidos eltrons secundrios ao longo de qualquer fase da

trajetria do feixe, mas somente os com energia suficiente para superar a funo trabalho do material podem

escapar da amostra e serem detectados pelo detector.

Eltrons retroespalhados (BSE)

Um nmero significativo dos eltrons incidentes que atingem uma amostra grossa re-emitido atravs da

superfcie do material. Estes eltrons so conhecidos como eltrons retroespalhados, que sofreram

espalhamentos elsticos com alto ngulo no material, fazendo com que eles se aproximem da superfcie com

energia suficiente para escapar. A intensidade do espalhamento esta relacionada ao numero atmico do

tomo; quanto maior o numero atmico envolvido do material, maior coeficiente de retroespalhamento, e

maior rendimento. Eltrons retroespalhados do origem a um sinal importante usado apara produzir imagens

em um MEV, e sensvel a diferenas em numero atmico, topografia local, cristalografia, bem como a

estrutura do campo magntico do material. O grau de espalhamento depende de vrios parmetros, inclusive

do numero atmico do material.

Tipos de contraste

A imagem observada do MEV resulta da variao de contraste que ocorre quando o feixe se move do ponto a

ponto sobre a superfcie da amostra. Variaes do sinal detectado de diferentes pontos podem ocorrer devido

variao do numero de eltrons emitidos da superfcie ou devido variao do numero de eltrons atingindo

o detector.

Contraste de topografia

No MEV, o feixe incidente varre uma rea da amostra. Para uma superfcie spera, o ngulo de incidncia

varia por causa da inclinao local da amostra e, uma vez que amostras inclinadas produzem mais eltrons

que as planas, o contraste visto devido ao numero diferente de eltrons que so emitidos. A posio do

detector tb crucial.

Contraste de numero atmico

Ocorre pq a quantidade de emisso correspondente a eltrons de alta energia aumenta linear e rapidamente

com o numero atmico Deste modo, possvel utilizar imagens de eltrons retroespalhados para detectar

diferenas de composio, caso essas diferenas resultem em diferentes nmeros atmicos.

Microestruturas e microanlise

As microestruturas determinam muitas das propriedades de interesse para os materiais e sua formao

depende fundamentalmente da composio qumica e do processamento. Este aspecto j indica a relevncia

da caracterizao qumica de um material, porm outro aspecto de igual importncia est relacionado

identificao localizada de fases e segregaes qumicas, frequentemente associada a interfaces ou defeitos da

estrutura. Este ltimo caso exemplifica a importncia da microscopia analtica, que possibilita a visualizao

de detalhes da estrutura, mesmo em dimenses nanomtricas e a anlise qumica localizada na regio de

interesse. Por ex, em microestruturas decorrentes dos processos de fuso/solidificao, as informaes

microanalticas de interesse esto frequentemente associadas a dendritas, segregao ou incluso.

A microanlise eletrnica baseada na medida de raios-X caractersticos emitidos de uma regio

microscpica da amostra bombardeada por um feixe de eltrons. As linhas de raios-X caractersticos so

especificas do numero atmico da amostra e os seus comprimentos de onda podem identificar o elemento que

esta emitindo a radiao.

XPS

Com a tcnica de espectroscopia de fotoeltrons, estudam-se transies eletrnicas nas quais os estados finais

pertencem ao contnuo. Ftons de alta energia so utilizados para ionizar tomos e molculas. Determinandose

a energia cintica dos eltrons emitidos pela interao da luz com a amostra, pode-se obter valores para os

potenciais de ionizao, PI, dos orbitais envolvidos, a partir da conhecida equao de Einstein: h f = Ec + PI, onde h a constante de Planck, f a freqncia da luz e Ec a energia cintica dos fotoeltrons.

MICROSCPIO ELETRNICO DE TRANSMISSO

Um microscpio eletrnico de transmisso consiste de um feixe de eltrons e um conjunto de lentes

eletromagnticas, que controlam o feixe, encerrados em uma coluna evacuada com uma presso cerca de 10-5

mm Hg. Um microscpio moderno de transmisso possui cinco ou seis lentes magnticas, alm de vrias

bobinas eletromagnticas de deflexo e aberturas localizadas ao longo do caminho do feixe eletrnico. Entre

estes componentes, destacam-se os trs seguintes pela sua importncia com respeito aos fenmenos de

difrao eletrnica: lente objetiva, abertura objetiva e abertura seletiva de difrao. A funo das lentes

projetoras apenas a produo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na superfcie da

amostra.

Os eltrons saem da amostra pela superfcie inferior com uma distribuio de intensidade e direo

controladas principalmente pelas leis de difrao impostas pelo arranjo cristalino dos tomos na amostra. Em

seguida, a lente objetiva entra em ao, formando a primeira imagem desta distribuio angular dos feixes

eletrnicos difratados. Aps este processo importantssimo da lente objetiva, as lentes restantes servem apenas

para aumentar a imagem ou diagrama de difrao para futura observao na tela ou na chapa fotogrfica.

Deve-se finalmente destacar que embora existam em operao alguns aparelhos cuja tenso de

acelerao de 1000 kV, a maioria dos equipamentos utilizados no estudo de materiais (metlicos, cermicos

e polimricos) dispe de tenso de acelerao de at 200 kV. Os MET utilizados em biologia (materiais

orgnicos naturais) em geral operam na faixa de 60 a 80 kV.

1. A preparao de amostras

As amostras utilizadas em MET devem ter as seguintes caractersticas: espessura de 500 a 5000

(dependendo do material e da tenso de acelerao utilizada) e superfcie polida e limpa dos dois lados.

Durante a preparao, a amostra no deve ser alterada, como por exemplo, atravs de deformao plstica,

difuso de hidrognio durante o polimento eletroltico ou transformaes martensticas

Os corpos de prova podem ser de dois tipos: lminas finas do prprio material ou rplicas de sua

superfcie. A preparao de lminas finas de metais e ligas segue normalmente a seguinte seqncia de

preparao: corte de lminas de 0,8 a 1,0 mm de espessura, afinamento por polimento mecnico at 0,10-0,20

mm de espessura e polimento eletroltico final. As laminas finas de materiais polimricos e de outros

materiais orgnicos so obtidas por microtomia, onde uma navalha corta pelculas finas e com espessura

controlada. Em geral, o material orgnico resfriado em nitrognio lquido (ultramicrotomia) para minimizar

a deformao durante o corte. O afinamento final das lminas de materiais cermicos geralmente feito por

desbaste inico.

Trs tipos de rplica so normalmente utilizados para obteno de amostras de MET: de plstico, de

carbono e de xido. Na tcnica de rplica de plstico, uma soluo diluda de plstico em um solvente voltil,

por exemplo formvar em clorofrmio, gotejada na superfcie da amostra.

O solvente se evapora e deixa um filme, que pode ser retirado e que representa o "negativo" da

superfcie. Na rplica de carbono, este material evaporado na superfcie da amostra. Esta tcnica pode ser

utilizada tambm para arrancar partculas de precipitados da amostra, a chamada rplica de extrao. Na

rplica de xido, usada principalmente para ligas de alumnio, o filme de xido obtido por anodizao de

uma superfcie previamente polida eletroliticamente. Nos trs tipos de rplica, o contraste tem origem nas

variaes de espessura. No caso de partculas extradas, um contraste adicional aparece, pois as partculas, se

forem cristalinas, difratam eltrons.

2. A formao de imagens em MET

Em microscopia eletrnica de transmisso a imagem observada a projeo de uma

determinada espessura do material, havendo uma diferena com relao ao observado numa superfcie. Como

pode observado, ocorre uma projeo das linhas, reas e volumes de interesse, podendo ocorrer superposio.

O contraste nas imagens formadas em MET tem diversas origens, tais como diferena de espessura,

diferena de densidade ou de coeficiente de absoro de eltrons (contraste de massa), difrao e campos

elsticos de tenso. H dois casos: slidos amorfos (contraste de massa) e slidos cristalinos (difrao).

4. Algumas aplicaes tpicas de MET

Outra aplicao clssica de MET a observao e anlise de defeitos de empilhamento, os quais no

podem ser observados com os outros tipos de microscopia. Em materiais com estrutura cristalina CFC e baixa

energia de defeito de empilhamento, tais como a prata, o ouro, o lato alfa e os aos inoxidveis austenticos,

numerosos defeitos de empilhamento so formados durante a deformao plstica.

A energia de defeito de empilhamento (EDE) inversamente proporcional distncia entre o par de

discordncias parciais e uma das principais grandezas ou constantes dos materiais. A energia de defeito de

empilhamento determinada principalmente pela distribuio eletrnica (composio qumica) da fase, mas

tambm influenciada pela temperatura. Uma diminuio na EDE tem em geral numerosas conseqncias no

comportamento de um material tais como menor mobilidade das discordncias e menor propenso

ocorrncia ao escorregamento com desvio, aumento no coeficiente de encruamento, aumento na energia

armazenada dentro do material na

deformao, maior resistncia fluncia e maior susceptibilidade corroso sob tenso. Existem

vrias tcnicas experimentais para a determinao da EDE, sendo que a microscopia eletrnica de transmisso

a mais utilizada.

Uma outra aplicao muito freqente da MET a observao e anlise de precipitados muito finos,

de dimenses nanomtricas, dispersos em uma matriz de outra fase.

MICROSCOPIA DE FORA ATMICA PEDRO RIS

Seu princpio fundamental a medida das deflexes de um suporte (de 100 a 200 mm de

comprimento) em cuja extremidade livre est montada a sonda. Estas deflexes so causadas pelas interaes

das Foras de Van der Walls, que agem entre a sonda e a amostra. As diferentes tcnicas fornecem diversas

possibilidades para fazer imagens de diferentes tipos de amostras e para gerar uma ampla gama de

informaes. Os modos de fazer as imagens, tambm chamados modos de varredura ou de operao, referemse

fundamentalmente distncia mantida entre a sonda (que chamaremos ponteira) e a amostra, no momento

da varredura, e s formas de movimentar a ponteira sobre a superfcie a ser estudada. A deteco da superfcie

realiza-se visando criao de sua imagem. H um contnuo de modos possveis de fazer imagens, devido s

diferentes interaes em funo da distncia entre a ponteira e a amostra, assim como ao esquema de deteco

utilizado. A escolha do modo apropriado depende da aplicao especfica que se deseja fazer.

Microscopia de Tunelamento: Entre a ponta condutora muito fina (tungstnio ou platina-irdio) e

amostra (condutora ou semicondutora) aplicada uma pequena diferena de potencial da ordem de mV,

havendo passagem de uma corrente de tunelamento, que deve ser mantida constante durante a varredura pelo

sistema de controle. A corrente de tunelamento medida depende exponencialmente da distncia ponta/amostra

e portanto muda conforme a sonda passa por pontos de diferentes alturas. O controle aciona ento o scanner

(atuador responsvel pelos movimentos da amostra em x, y e z) para que a posio vertical z seja alterada de

forma a corrigir a diferena entre o valor da corrente medida e a definida no sistema (setpoint da ordem de

nA), para cada ponto x,y medido na superfcie da amostra. O conjunto dos pontos de coordenadas x, y e z

formar a imagem topogrfica da superfcie da amostra. O STM a tcnica de maior resoluo, podendo

chegar resoluo atmica.MFA: Variando-se a sonda e detectores pode-se obter informaes sobre a

superfcie, condutividade, magnetizao, capacitncia, etc. Consegue-se imagens de 100m angstrons com

resoluo em 3D. Pode-se trabalhar em qualquer meio, ou na ausncia deste (vcuo).Tcnica pode ser

aplicada in-situ como no caso de problemas de corroso.

Microscopia de Fora Atmica: No modo de Fora Atmica, uma ponta presa a um cantilever varre

a superfcie da amostra, atravs de uma cermica piezoeltrica que a movimenta. Um laser incide sobre o

cantilever e refletido para um conjunto de foto-detectores. O sinal eltrico obtido realimentado para o

computador mantendo constante a deflexo do cantilever (modo de contato) ou a amplitude de oscilao

(modo contato intermitente ou no-contato). As correes na altura z so ento gravadas juntamente com as

respectivas posies x,y da amostra, gerando a imagem topogrfica da amostra. Usado em amostras isolantes.

Modo de contato, intermitente ou no-contato. No modo contato ponta e amostras esto em contato e as foras

de Wan Der walls tornam-se positivas

Microscopia de Fora Magntica: Nesta modalidade utilizado um cantilever oscilante com uma

ponta recoberta por um filme de material magntico permanentemente imantado. Durante a varredura, a ponta

oscila acima da superfcie e sofre influncia do campo magntico da amostra, o que altera seu movimento. A

variao na freqncia proporcional ao gradiente do campo magntico na direo vertical, aplicado ponta

pela superfcie e pode ser detectada por fase (medida da defasagem entre deslocamento de oscilao e fora

oscilante aplicada ao cantilever pelo scanner), amplitude (diminuio de seu RMS) ou pela medida direta da

variao da freqncia.

-Quanto menor for a varredura, maior ser a ampliao;

-SPM