A deposição física de vapor (PVD) é um método utilizado em nanotecnologia para depositar películas finas de materiais num substrato.
Esta técnica envolve a vaporização de materiais sólidos, o seu transporte através de um ambiente de vácuo ou de baixa pressão e a sua subsequente condensação num substrato para formar uma película fina.
A PVD é versátil e pode ser utilizada com vários materiais, incluindo metais e cerâmicas, para criar revestimentos à nanoescala com propriedades mecânicas específicas, como dureza e resistência ao desgaste.
6 Pontos-chave explicados
1. Processo de vaporização
No PVD, o primeiro passo envolve a vaporização do material alvo.
Isto é normalmente conseguido através da utilização de uma fonte de iões de alta energia no vácuo, muitas vezes com um gás inerte como o árgon.
A energia da fonte de iões faz com que os átomos sejam ejectados ou vaporizados a partir da superfície do material alvo.
Este processo pode variar consoante o método específico de PVD utilizado, como a pulverização catódica ou a evaporação térmica.
2. Transporte e deposição
Uma vez vaporizados, os átomos deslocam-se através da câmara de vácuo em direção ao substrato.
O substrato é normalmente mantido a um potencial mais baixo para atrair os átomos vaporizados.
Ao atingir o substrato, os átomos condensam-se para formar uma película fina.
Este processo de deposição resulta numa camada uniforme que pode variar desde a espessura à escala nanométrica até à escala visível.
3. Versatilidade e aplicações
A PVD é altamente versátil e pode ser utilizada para depositar camadas de quase todos os materiais inorgânicos, e mesmo de alguns materiais orgânicos.
A técnica é particularmente útil em aplicações em que se pretendem propriedades mecânicas melhoradas, tais como maior dureza e resistência ao desgaste.
Isto é conseguido através de um processo denominado nucleação heterogénea, que conduz a uma camada firmemente formada no substrato.
4. Técnicas específicas de PVD
Um método comum na PVD é a pulverização catódica, em que é utilizado um plasma acelerado para ejetar átomos do material alvo.
Este método é largamente utilizado no fabrico de sistemas de integração em muito grande escala (VLSI) para depositar películas finas.
Outro método é a evaporação térmica, que envolve o aquecimento do material até ao seu ponto de evaporação.
5. Configuração esquemática
A configuração típica da PVD inclui uma câmara de vácuo, uma fonte de alimentação CC de alta tensão e um substrato ligado à tensão negativa da fonte de alimentação.
O material alvo está ligado à tensão positiva.
Quando a alta tensão é aplicada, o material alvo vaporiza-se e entra num estado de plasma, acabando por se condensar no substrato para formar um nanocompósito.
6. Aplicações na síntese de nanocompósitos
As técnicas de PVD são amplamente utilizadas na síntese de nanocompósitos de matriz cerâmica reforçados com nanopartículas metálicas.
Por exemplo, os investigadores utilizaram a PVD para reforçar matrizes cerâmicas como o Si3N4 com materiais como o AlSiTiN para melhorar as suas propriedades.
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