Estudo do desbastamento de filmes de PVC sob irradiação com íons energéticos

Abstract

Os polímeros têm ampla aplicação tecnológica, sendo o cloreto de polivinila (PVC) um material versátil, mas suscetível à degradação por radiação. Este processo, caracterizado pela perda de átomos de cloro, é influenciado pela transferência linear de energia (LET). O presente trabalho investigou os mecanismos de degradação de filmes finos de PVC com diferentes espessuras e substratos, expostos a feixes de íons de distintos LET, relacionando o dano gerado com a fluência e o LET aplicados. Foram utilizadas quatro técnicas de análise por feixe de íons: Emissão de Raios-X Induzida por Partículas (PIXE), Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS), Espectrometria de Massa de Íons Secundários induzidos por íons de alta energia (MeV-SIMS), e Análise de Reação Nuclear (NRA). Filmes de PVC com três espessuras diferentes foram depositados por spin coating em substratos de silício e carbono vítreo. Os resultados das técnicas PIXE e RBS confirmaram o padrão de perda de cloro descrito na literatura. Ajustes exponenciais mostraram boa concordância aos dados, indicando maior degradação inicial com feixes de alto LET (21.3 eV/Å), com um coeficiente de decaimento exponencial de, em média, 81 ± 3 cm2/mC, enquanto um feixe com LET 12 vezes menor apresenta uma média para o coeficiente de 4,32 ± 0,17 cm2/mC. Não foi observada interferência da espessura e do substrato aplicados. Análises da técnica MeV-SIMS permitiram identificar alguns íons característicos do PVC, já com a técnica NRA, não se observou a perda de átomos de carbono com feixes de baixo LET (10,5 eV/Å). Os achados destacam o padrão simples de degradação do PVC e a sua forte relação com o LET, reforçando o seu potencial para aplicações em dosimetria nanométrica.

Polymers have a wide range of technological applications, including polyvinyl chloride (PVC) as a versatile material but susceptible to degradation induced by radiation. Such process, characterized by the loss of chlorine atoms, is influenced by the linear energy transfer (LET). The present study investigated the degradation mechanisms of thin PVC films with different thicknesses and substrates, exposed to ion beams of diverse LET, relating the damage with the applied fluence and LET. Four ion beam analysis techniques were employed: Particle-Induced X-ray Emission (PIXE), Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS), Secondary Ion Mass Spectrometry induced by high-energy ions (MeV-SIMS), and Nuclear Reaction Analysis (NRA). PVC films with three different thicknesses were deposited by spin coating onto silicon and vitreous carbon substrates. PIXE and RBS results confirmed the chlorine loss pattern reported in the literature. Exponential fittings showed good agreement with the data, indicating greater initial degradation for high-LET beams (21.3 eV/Å) with an average exponential decay coefficient of 81 ± 3 cm2/mC, while a beam with 12 times lower LET presented an average coefficient of 4.32 ± 0.17 cm2/mC. No significant influence of film thickness or substrate on the degradation process was observed. MeV-SIMS analyses identified some characteristic ions of PVC, while NRA revealed no carbon atom loss for low-LET beams (10.5 eV/Å). The findings highlight the simple degradation pattern of PVC and its strong relation with LET, reinforcing its potential for applications in nanometric dosimetry.