Introdução a nanociência e nanotecnologia Introdução as técnicas analíticas PIXE e RBS e aplicações em nanociências Fernando R. Aguirre Prof a. Dr a. Helena.

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1 Introdução a nanociência e nanotecnologia Introdução as técnicas analíticas PIXE e RBS e aplicações em nanociências Fernando R. Aguirre Prof a. Dr a. Helena M. Petrilli

2 Introdução a nanociência e nanotecnologia Lei de Moseley (1914) Visão geral – Rendimento efetivo – Exemplos – Uso em Nanotecnologia [8] Onde A n e b são constantes que dependem da linha espectral

3 Introdução a nanociência e nanotecnologia Uma breve introdução à técnica PIXE PIXE (Particle Induced X-ray Emission). O método PIXE foi proposto em 1970 (Johansson et al.), no qual induz-se a emissão de Raios-X característicos do material, irradiando-o com um feixe de íons (H + ou He ++ ) É capaz de quantificar elementos com Z>10 (o limite vem da janela do detector) com limites de detecção em 10 -6 g/g (ppm) e amostras pequenas até o limite inferior de 1ng/cm 2. Visão geral – Rendimento efetivo – Exemplos – Uso em Nanotecnologia

4 Introdução a nanociência e nanotecnologia Visão qualitativa da técnica. Visão geral – Rendimento efetivo – Exemplos – Uso em Nanotecnologia Thompson et al. (2001) [6]

5 Introdução a nanociência e nanotecnologia Visão um pouco mais quantitativa da técnica PIXE Visão geral – Rendimento efetivo – Exemplos – Uso em Nanotecnologia Nº. de Fótons Detectados Parâmetros referente à montagem experimental, multiplicada pela carga Q medida. Parâmetros referente ao constituinte de interesse na amostra Concentração do elemento analisado no material em ppm.

6 Introdução a nanociência e nanotecnologia Exemplo de um espectro gerado pelo método PIXE. Visão geral – Rendimento efetivo – Exemplos – Uso em Nanotecnologia Espectro de soro sanguíneo de uma pessoa saudável [2]

7 Introdução a nanociência e nanotecnologia Uma breve introdução à técnica RBS Visão geral – Rendimento efetivo – Exemplos – Uso em Nanotecnologia No método RBS (Rutherford BackScattering), um feixe mono-energético de partículas colide com átomos de uma amostra, são retro-espalhadas e detectadas em um detector que lhes mede a energia. O sucesso da técnica se deve em parte, pelo fato que para feixes incidentes de H + ou He +, é possível modelar teoricamente o espectro experimental, com grande precisão, apenas supondo espalhamento elástico em campo de força central.

8 Introdução a nanociência e nanotecnologia Visão qualitativa da técnica RBS. Visão geral – Rendimento efetivo – Exemplos – Uso em Nanotecnologia [4] [5]

9 Introdução a nanociência e nanotecnologia Visão quantitativa da técnica RBS. Visão geral – Rendimento efetivo – Exemplos – Uso em Nanotecnologia [6]

10 Introdução a nanociência e nanotecnologia Exemplo de um espectro gerado por RBS. Visão geral – Rendimento efetivo – Exemplos – Uso em Nanotecnologia [5] [6]

11 Introdução a nanociência e nanotecnologia Rendimento efetivo das técnicas PIXE e RBS. Visão geral – Rendimento efetivo – Exemplos – Uso em Nanotecnologia [6]

12 Introdução a nanociência e nanotecnologia Rendimento efetivo das técnicas PIXE e RBS. Visão geral – Rendimento efetivo – Exemplos – Uso em Nanotecnologia [6]

13 Introdução a nanociência e nanotecnologia Instrumentação / Exemplos. Visão geral – Rendimento efetivo – Exemplos – Uso em Nanotecnologia

14 Introdução a nanociência e nanotecnologia Instrumentação / Exemplos. Visão geral – Rendimento efetivo – Exemplos – Uso em Nanotecnologia É possível realizar essas técnicas de forma portátil? [7]

15 Introdução a nanociência e nanotecnologia Exemplos de aplicações voltados em nanotecnologia. Visão geral – Rendimento efetivo – Exemplos – Uso em Nanotecnologia Análise do filme multicamada de sensor magnético tipo Spin Valve [9]. O Sensor magnético do tipo Spin Valve é utilizado para leitura da orientação dos spin da camada magnética dos pratos dos discos rígidos, através do efeito da magnetorressistência gigante feito em um substrato de Al2O3 com um filme filmo com muitas camadas, com espessuras nanométricas. Mfield, Matthew Field, http://www.photography.mattfield.com GNU Free Documentation License 1.2

16 Introdução a nanociência e nanotecnologia Espectro RBS de uma estrutura típica multi- camada de filme fino para sensor magnético tipo spin valve. Espectro PIXE de uma estrutura típica multi- camada de filme fino para sensor magnético tipo spin valve. Exemplos de aplicações voltados em nanotecnologia. Visão geral – Rendimento efetivo – Exemplos – Uso em Nanotecnologia

17 Introdução a nanociência e nanotecnologia Referências [1] Johansson, T.B., Axelsson, K.R., Johansson, S.A.E., Nucl. Instr. And Meth. 84 (1970) 141. [2] Trace Elements in Blood Serum of São Paulo Youths Measured by PIXE, S. Bernades et al., IJPIXE, pp 139-144, 2008. [3]Internation Atomic Energy Agency, Instrumentation for PIXE and RBS (2000) Vienna, Austria. [4] http://www.spirit-ion.eu/v1/Project/Techniques/RBS.html [5]http://intra.sav.us.es:8080/cna/index.php/en/vande-graaff/techniques/65-espectrometria-de- retrodispersion-rutherford-rbs-y-canalizacion-ionica [6] http://www2.if.usp.br/~lamfi/metodos_doc.html [7] http://mars.jpl.nasa.gov/MPF/mpf/sci_desc.html#APXS [8] http://accessscience.com/content/X-ray-fluorescence-analysis/750700 [9] Tabacniks, M.H., Kelloc, A.J., Baglin, J.J.E., PIXE for Thin Film Analysis AIP Condf. Proc. – Vol. 392, pp. 563-566 (1997)