Caracterização estrutural de filmes de GaSb fabricados por sputtering e modificados por irradiação iônica

O antimoneto de gálio (GaSb) é um semicondutor da família III-V e seu estudo é de grande interesse tecnológico, podendo ser utilizado na fabricação de dispositivos optoeletrônicos e diodos emissores de luz. É conhecido que após o GaSb ser irradiado com feixes de íons ele desenvolve uma estrutura porosa e aumenta a sua espessura, mas o processo pelo qual isso ocorre não é bem determinado e merece atenção. Não se sabe, por exemplo, quais as diferenças entre o resultado obtido para materiais cristalinos e amorfos. Outro aspecto desconhecido é como a concentração de Ga ou Sb na matriz pode influenciar no formato ou na quantidade de poros presentes no filme. Sabe-se que a porosidade do material é proporcional à fluência de irradiação, fazendo com que a área superficial da amostra inicial aumente significativamente. O conhecimento a respeito da evolução dos poros em materiais irradiados por feixes de íons é promissor para o desenvolvimento de detectores de gás. Embora algumas teorias tenham sido já propostas, o mecanismo que gera o aparecimento desses poros e o inchaço dos filmes está ainda sob investigação. Neste trabalho foram investigados os parâmetros ideais para fabricação de filmes de GaSb pela técnica de magnetron sputtering e os efeitos da irradiação iônica nesses filmes. Os filmes foram fabricados sobre substratos de SiO2=Si à temperatura ambiente e a 400 C. Em seguida, as amostras foram irradiadas com íons de Au com energia 17 MeV e fluências entre 1x1013 e 3x1014 íons/cm2. A estrutura e espessura dos filmes, assim como a concentração de cada elemento neles presente, foram investigadas através da técnica Rutherford backscattering spectrometry (RBS). Por outro lado, mediante a análise do padrão de difração de raios-X (XRD) e do padrão obtido por grazing incidence x-ray diffraction (GIXRD) foram obtidas informações detalhadas sobre a estrutura cristalográfica das amostras. Outra técnica utilizada foi a microscopia eletrônica de varredura (MEV) para caracterizar a espessura e a porosidade dos filmes em função da fluência de irradiação. As amostras fabricadas à temperatura ambiente resultaram amorfas e as fabricadas a 400 C cristalinas. Em ambos conjuntos observou-se a formação de poros devido à irradiação iônica, com um aumento significativo na espessura dos filmes, que no conjunto fabricado à temperatura ambiente foi de 6 a 7 vezes a espessura inicial e no conjunto fabricado a 400 C de 4 a 5 vezes.Gallium Antimonide (GaSb) is a semiconductor from III-V family of the periodic table and its study is of great technological interest. Such material can be used to manufacture optoelectronic devices and light emitting diodes. It is known that GaSb, after irradiation with ion beams develops a porous structure increasing the overall film thickness. However, the physics involved in this process is not fully understood and deserves attention. Another unknown aspect of this process is how the Ga and Sb atomic concentration in the material can influence the porosity of the sample. It is known that the porosity created in the material is proportional to the irradiation fluence, which means significant increase in surface-to-bulk ratio. Additionally the knowledge of how pores evolve with ion irradiation is promising for the development of gas sensors. Although some theories have been proposed to explain how pores are created and evolve of the film with irradiation, this subject is still a matter of debate. In this work, we investigate the ideal parameters for the production of GaSb films by the magnetron sputtering technique, and the effects of ion irradiation in these films. GaSb films were deposited on a SiO2=Si substrate at room temperature and at 400 C. Irradiations were performed with fluence ranging from 1x1013 to 3x1014 ions/cm2 with Au+7 ions and energy of 17 MeV. The thickness of the films, as well as the concentration of each element present in them, were investigated by Rutherford backscattering spectrometry (RBS). Additionally, X-ray diffraction (XRD) and grazing incidence X-ray diffraction (GIXRD) provided detailed information of the crystallographic structure of the samples. Another technique used to characterize the film thickness and porosity, as a function of irradiation fluence, was scanning electron microscopy (SEM). Samples deposited at room temperature attained an amorphous structure while those synthesized at 400 C exhibit a crystalline structure. Ion irradiation induced porous structures were observed in both policrystalline, stoichiometric films and amorphous, Sb-rich films. We observe a significant increase in film thickness, ranging from six to seven times the initial thickness, for the samples deposited at room temperature and four to five times the original thickness for those deposited at 400

ENSINO DE FÍSICA EM TEMPOS PANDÊMICOS: UM OLHAR PARA A FALA DOS ESTUDANTES DE UMA ESCOLA DA REDE FEDERAL

The present work is related to a case of study conducted during the course of Supervised Internship of Physics Teaching A, of the major in teaching Physics of the Federal University of Santa Catarina. The probation stage was conducted with senior students (third year), from high school classes in the Application College of the University, in the context of COVID-19 pandemics. Due to social distancing measures in the pandemic period, classroom activities have been replaced by remote activities using modern Digital Information and Communication Technologies, this unprecedented process could lead to difficulties with negative implications in the teaching-learning process. In order to map the difficulties faced by the students, a questionnaire was applied jointly with the activities developed along the teaching internship. Through qualitative analysis, we sought to identify possible challenges that arose in the adaptation process to the new pandemic scenario and critically assess the impacts of the emergencial remote teaching and isolation conditions in the students' lives. Additionally, we identified wish tools that were more useful to the students. The developed research signaled negative pedagogical impacts resulting from issues inherent to the process of implementing the emergencial remote teaching, as well as psychological impacts, mainly due to social isolation and difficulties in the realization of student’s activities. Aspects such as demotivation, lack of dialogue and organization of the digital environment proved to be important. Despite this, some resources showed a positive impact on the student engagement, as was the case of class videos and interactive materials developed with the H5P software.O presente trabalho trata de um estudo de caso, realizado ao longo da disciplina de Estágio Supervisionado para o Ensino de Física A, do curso de Licenciatura em Física da Universidade Federal de Santa Catarina. O estágio foi realizado em uma turma do 3° ano do Ensino Médio do Colégio de Aplicação da universidade, no contexto da pandemia do COVID-19. Devido às medidas de distanciamento social para o combate à pandemia, as atividades escolares presenciais foram substituídas por atividades remotas com uso de Tecnologias Digitais da Informação e Comunicação, esse processo inédito pode gerar dificuldades de adaptação, com implicações no processo de ensino-aprendizagem. A fim de mapear as dificuldades enfrentadas pelos estudantes foi elaborado um questionário e aplicado junto às atividades desenvolvidas no âmbito do estágio. Por meio da análise qualitativa se buscou identificar possíveis dificuldades surgidas no processo de adaptação e avaliar criticamente os impactos do Ensino Remoto e do isolamento social na vida dos estudantes. Além disso, buscou-se identificar quais recursos foram mais utilizados pelos estudantes. A pesquisa aponta, principalmente, para impactos pedagógicos negativos decorrentes de dificuldades inerentes ao processo de implementação do Ensino Remoto, e, também, impactos psicológicos negativos, por parte, principalmente, do isolamento social e das dificuldades nos estudos. Aspectos como desmotivação, falta de diálogo e organização do ambiente se mostraram relevantes. Apesar disso, alguns recursos mostraram um impacto positivo no engajamento dos estudantes, como foi o caso das videoaulas e dos conteúdos interativos desenvolvidos com o H5P

Desenvolvimento de membranas poliméricas eletrofiadas de poli(metilmetacrilato) e polianilina para seu uso em sensores de gás de amônia e isopropanol

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2020.Sensores são componentes sumamente importantes nos sistemas de controle e são aplicados a uma grande variedade de áreas como informática, medicina, indústria e monitoramento ambiental. Alguns gases, quando acumulados, podem causar intoxicações graves. No caso da amônia, sua ação ocorre principalmente nas mucosas do trato respiratório e nos olhos, causando irritação. Os sensores semicondutores baseados em filmes poliméricos de materiais como a polianilina (PAni) estão entre os sensores de gás mais utilizados atualmente devido à sua capacidade de trabalhar à temperatura ambiente. A sensibilidade de um sensor químico de gás é fortemente afetada pela superfície de detecção específica, com uma área de superfície maior levando a uma maior sensibilidade do sensor. Nesse contexto, propõe-se o uso da técnica de eletrofiação para a fabricação das membranas de poli (metilmetacrilato) (PMMA)/polianilina (PAni), por ser uma técnica eficiente, relativamente simples e de baixo custo, que produz membranas compostas de fibras micrométricas a nanométricas, que causam um incremento significativo da área superficial da membrana. Um estudo foi realizado para determinar os parâmetros de eletrofiação adequados para a obtenção de membranas contendo fibras uniformes e com morfologia adequada para a detecção de gases. Após isso, foram adicionadas diferentes porcentagens de PAni (2,5, 5 e 7,5 %) para investigar o seu efeito na microestrutura, nas propriedades físico-químicas e na resposta perante a adsorção/dessorção dos gases NH4OH e C3H8O. As membranas obtidas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), Microscopia Eletrônica de Varredura por Emissão de Campo (MEV-FEG), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia no infravermelho (FTIR), análise da porosidade e condutividade elétrica. Fibras com as características necessárias para o uso pretendido foram obtidas a partir da eletrofiação de uma solução de 2,5 %m de PMMA dissolvidos em DMF e THF, com os seguintes parâmetros: tensão elétrica de 24 kV; distância agulha/coletor de 25,5 cm e vazão de 2,5 mL.h-1 , umidade relativa do ar de 50±5 % e temperatura de 15±5 °C. As membranas de PMMA/PAni apresentaram microestrutura adequada e foi observado que a estabilidade térmica aumentou com a incorporação de PAni. Quando submetidas ao processo de adsorção/dessorção do NH4OH e o C3H8O, a membrana de PMMA contendo 5% de PAni mostrou uma diminuição significativa da resistência elétrica quando a membrana entrou em contato com os gases, estabilidade ciclo após ciclo e um curto tempo de resposta, pelo que exibiu o desempenho mais satisfatório para a aplicação em sensores.Abstract: Sensors are very important components in control systems applied to a large variety of areas like informatics, medicine, industry and environmental monitoring. Some gases when accumulated can cause severe poisoning. In the case of ammonia, its action occurs mainly in the mucous membranes of the respiratory tract and in the eyes, causing irritation. Semiconductor sensors based on polymeric films of materials like polyaniline (PAni) are among the most widely used gas sensors today due to its ability to work at room temperature. The sensitivity of a chemical gas sensor is strongly affected by the specific detection surface, with a larger surface area leading to a higher sensor sensitivity. In this context, we propose the use of the electrospinning technique for the manufacture of poly (methyl methacrylate) (PMMA)/polyaniline (PAni) membranes, because it is an efficient, relatively simple and low-cost technique which produces membranes composed of micrometric to nanometric fibres, which cause a significant increment of the membrane surface area. We carried out a study to determine the appropriate electrospinning parameters to produce membranes containing uniform fibers. Posteriorly, different percentages of PAni (2,5, 5 e 7,5 %) were added to investigate its rolle on microstructure, physicochemical properties and response to NH4OH and C3H8O gases adsorption / desorption. PMMA/PAni membranes were characterized by scanning electron microscopy (SEM), emission scanning microscopy field (SEM-FEG), thermogravimetric analysis (TGA), infrared spectroscopy (FTIR), porosity analysis and electrical conductivity analysis. Uniform fibers were obtained from the electrospinning of a 2.5 m% PMMA solution dissolved in DMF and THF, with the following parameters: 24 kV electrical voltage; needle / collector distance 25.5 cm and flow rate 2.5 mL.h1, relative humidity 50 ± 5% and temperature 15 ± 5 ° C. The PMMA / PAni membranes presented adequate microstructure and it was observed that the thermal stability increased with the incorporation of PAni. When subjected to the NH4OH and C3H8O adsorption / desorption process, the PMMA membrane containing 5% PAni showed a significant decrease in electrical resistance when the membrane came into contact with the gases, thus exhibiting the most satisfactory performance for sensor applications

Caracterização estrutural de filmes de GaSb fabricados por sputtering e modificados por irradiação iônica

O antimoneto de gálio (GaSb) é um semicondutor da família III-V e seu estudo é de grande interesse tecnológico, podendo ser utilizado na fabricação de dispositivos optoeletrônicos e diodos emissores de luz. É conhecido que após o GaSb ser irradiado com feixes de íons ele desenvolve uma estrutura porosa e aumenta a sua espessura, mas o processo pelo qual isso ocorre não é bem determinado e merece atenção. Não se sabe, por exemplo, quais as diferenças entre o resultado obtido para materiais cristalinos e amorfos. Outro aspecto desconhecido é como a concentração de Ga ou Sb na matriz pode influenciar no formato ou na quantidade de poros presentes no filme. Sabe-se que a porosidade do material é proporcional à fluência de irradiação, fazendo com que a área superficial da amostra inicial aumente significativamente. O conhecimento a respeito da evolução dos poros em materiais irradiados por feixes de íons é promissor para o desenvolvimento de detectores de gás. Embora algumas teorias tenham sido já propostas, o mecanismo que gera o aparecimento desses poros e o inchaço dos filmes está ainda sob investigação. Neste trabalho foram investigados os parâmetros ideais para fabricação de filmes de GaSb pela técnica de magnetron sputtering e os efeitos da irradiação iônica nesses filmes. Os filmes foram fabricados sobre substratos de SiO2=Si à temperatura ambiente e a 400 C. Em seguida, as amostras foram irradiadas com íons de Au com energia 17 MeV e fluências entre 1x1013 e 3x1014 íons/cm2. A estrutura e espessura dos filmes, assim como a concentração de cada elemento neles presente, foram investigadas através da técnica Rutherford backscattering spectrometry (RBS). Por outro lado, mediante a análise do padrão de difração de raios-X (XRD) e do padrão obtido por grazing incidence x-ray diffraction (GIXRD) foram obtidas informações detalhadas sobre a estrutura cristalográfica das amostras. Outra técnica utilizada foi a microscopia eletrônica de varredura (MEV) para caracterizar a espessura e a porosidade dos filmes em função da fluência de irradiação. As amostras fabricadas à temperatura ambiente resultaram amorfas e as fabricadas a 400 C cristalinas. Em ambos conjuntos observou-se a formação de poros devido à irradiação iônica, com um aumento significativo na espessura dos filmes, que no conjunto fabricado à temperatura ambiente foi de 6 a 7 vezes a espessura inicial e no conjunto fabricado a 400 C de 4 a 5 vezes.Gallium Antimonide (GaSb) is a semiconductor from III-V family of the periodic table and its study is of great technological interest. Such material can be used to manufacture optoelectronic devices and light emitting diodes. It is known that GaSb, after irradiation with ion beams develops a porous structure increasing the overall film thickness. However, the physics involved in this process is not fully understood and deserves attention. Another unknown aspect of this process is how the Ga and Sb atomic concentration in the material can influence the porosity of the sample. It is known that the porosity created in the material is proportional to the irradiation fluence, which means significant increase in surface-to-bulk ratio. Additionally the knowledge of how pores evolve with ion irradiation is promising for the development of gas sensors. Although some theories have been proposed to explain how pores are created and evolve of the film with irradiation, this subject is still a matter of debate. In this work, we investigate the ideal parameters for the production of GaSb films by the magnetron sputtering technique, and the effects of ion irradiation in these films. GaSb films were deposited on a SiO2=Si substrate at room temperature and at 400 C. Irradiations were performed with fluence ranging from 1x1013 to 3x1014 ions/cm2 with Au+7 ions and energy of 17 MeV. The thickness of the films, as well as the concentration of each element present in them, were investigated by Rutherford backscattering spectrometry (RBS). Additionally, X-ray diffraction (XRD) and grazing incidence X-ray diffraction (GIXRD) provided detailed information of the crystallographic structure of the samples. Another technique used to characterize the film thickness and porosity, as a function of irradiation fluence, was scanning electron microscopy (SEM). Samples deposited at room temperature attained an amorphous structure while those synthesized at 400 C exhibit a crystalline structure. Ion irradiation induced porous structures were observed in both policrystalline, stoichiometric films and amorphous, Sb-rich films. We observe a significant increase in film thickness, ranging from six to seven times the initial thickness, for the samples deposited at room temperature and four to five times the original thickness for those deposited at 400

O uso de simulações no Ensino de Física: uma sequência didática para o estudo de gases.

TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Física.O presente trabalho tem como objetivo inicial obter um panorama geral das publicações na área de Ensino de Física que envolvem o uso de simulações computacionais. A partir da metodologia de análise de conteúdo (BARDIN, 2011) foram selecionados trabalhos da Revista Brasileira de Ensino de Física (RBEF) e do Caderno Brasileiro de Ensino de Física (CBEF). Os trabalhos encontrados mostram as potencialidades e desafios que o uso de simulações computacionais apresenta para o Ensino de Física. Como potencialidades os trabalhos destacam que as simulações: ampliam o poder de observação e compreensão do fenômeno que está sendo trabalhado, apresentam o conteúdo de forma mais interessante para os educandos, trazem maior interação em sala de aula, levam a uma melhor visualização de conceitos abstratos e que educando se torna agente ativo em sala de aula. Os possíveis desafios que foram citados são: dificuldade do processo de modelagem do fenômeno, falta de uma maior pesquisa na área, necessidade do educador conseguir mostrar as limitações que o modelo apresenta, necessidade das escolas estar equipadas com computadores e internet e que o educador precisa de uma preparação para aprender a trabalhar tanto como modelagem como com o próprio software de simulação. A segunda etapa traz a construção de uma sequência didática, elaborada levando em conta os princípios do Design Educacional. O tema a ser tratado foi o estudo dos gases, através da utilização do software computacional PhET. A sequência foi projetada com o intuito de preparar aulas mais interativas, em que o educando tivesse um papel ativo na construção do conhecimento e o educador fosse o mediador dessa construção