Las microscopías de efecto túnel y fuerza atómica aplicadas al estudio de la modificación superficial de materiales de carbono mediante plasmas

Abstract

El presente estudio tiene como objetivo principal establecer los efectos del tratamiento mediante plasma de oxígeno sobre las características superficiales de materiales carbonosos a escalas nanométrica y atómica empleando para ello las microscopías de efecto túnel y fuerza atómica (STM/AFM). Con este fin, se estudiaron dos tipos distintos de muestras: grafito pirolítico altamente orientado (HOPG) y varias clases de fibras de carbono (fibras de ultraalto módulo, fibras crecidas en fase vapor y fibras de bajo módulo). El uso del HOPG como material carbonoso modelo permitió estudiar los cambios básicos que conlleva la exposición al plasma en la estructura superficial de dichos materiales. La aplicación de tiempos cortos de tratamiento en plasma del HOPG hizo posible visualizar la formación y evolución de defectos (vacantes atómicas) en su estructura generados por la abstracción de átomos de carbono (en forma de CO/CO2) por parte del oxígeno activo del plasma, así como detectar la modificación química que tales cambios entrañan (introducción de funcionalidades oxigenadas en los defectos). A tiempos más largos de tratamiento, la estructura atómicamente plana del HOPG es sustituida por una topografía rugosa a escala nanométrica cuya estructura a escala atómica es normalmente muy desordenada. Respecto a las fibras de carbono, los tratamientos en plasma condujeron a la generación de desorden estructural en su superficie, el cual implica la introducción de grupos funcionales oxigenados y,un incremento general en la rugosidad superficial de la fibra a escala nanométrica, cambios que se estiman favorables con el objeto de controlar y optimizar el nivel de interacción fibra-matriz en materiales compuestos. Finalmente, este trabajo considera dos objetivos colaterales: estudiar la porosidad de materiales carbonosos por medio de STM e iniciar el análisis por AFM de la modificación mediante plasma de oxígeno [...]