Volumen II - SAM

Con tal propósito, se decidió investigar la variación de la mojabilidad de policristales de cobre (99.99%) para
un reactivo químico empleado usualmente en metalografía y distintos tiempos de ataque, midiendo los
respectivos ángulos de contacto y caracterizando la topografía de las superficies a partir de imágenes
digitalizadas de las mismas y mediante el uso de las técnicas RIMAPS y Variogramas [6−12]. La medición
de la variación de los ángulos de contacto estáticos, como función del tiempo de exposición al reactivo
químico, ha permitido determinar dos funciones que describen el comportamiento de los valores de ángulos
máximos y mínimos que se midieron experimentalmente. Por su parte, el empleo de las técnicas RIMAPS y
Variogramas ha posibilitado la obtención de la variación temporal de las direcciones topográficas principales
de las superficies observadas, como así también las longitudes de escala típicas de las mismas. El uso
combinado de ambas técnicas permitió determinar que, para las superficies metálicas utilizadas y el reactivo
empleado, no existe un único patrón topográfico específico que caracterice los valores máximos o mínimos
obtenidos para los ángulos de contacto. Estas investigaciones ratifican el hecho observado
experimentalmente [11−12] que cuando las longitudes de escala características de cada patrón topográfico
tienen valores comprendidos entre 1 µm y 100 µm se presentarán situaciones en las que una gota de agua
mojará parcialmente la superficie.
2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
En todos los casos presentados en este trabajo se usaron probetas de cobre electrolítico de 10 mm X 20 mm
con un espesor de 1mm. Todas las superficies fueron desbastadas con paños desde 65 µm hasta 6 µm, luego
se efectuó un pulido mecánico con pasta de diamante de 6 µm, y finalmente un pulido electrolítico
empleando una tensión de 18 V en una solución de Butilcellosolve (21.6 ml), ácido fosfórico (54 ml),
alcohol etílico (21.6 ml) y agua destilada (2.8 ml). El ataque químico se realizó con una solución de ácido
nítrico (20 ml) y agua destilada (20 ml) variando el tiempo de exposición de las superficies. A fin de poder
comparar el comportamiento de cada superficie con situaciones obtenidas con otros materiales, y como paso
previo a la observación con microscopio óptico, todas las probetas recibieron una capa de oro depositado
mediante descarga en atmósfera de Ar 99.9999 % con presión de llenado de 0.15 milibares y una corriente de
120 mA durante 30 s. Para determinar la condición de mojabilidad de cada superficie estudiada se determinó
el ángulo de contacto estático a partir de los perfiles medidos para gotas de 5 µl de agua destilada aplicadas
con una micropipeta Huagei 5G. Posteriormente se obtuvieron imágenes digitalizadas de las gotas para cada
tiempo de ataque.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La serie de mediciones de ángulos de contacto estático sobre las probetas de cobre se resumen en los gráficos
presentados en la Figura 1. A partir del valor obtenido para la superficie sin atacar (0 s), se observa una
variación temporal oscilante que alterna máximos y mínimos para los valores de los ángulos de contacto
estáticos (Fig. 1a). Todos los valores máximos obtenidos se encuentran próximos a los 90º, es decir,
corresponden a una situación donde la gota de agua de 5 µl moja parcialmente la superficie. A su vez, los
valores mínimos obtenidos para los ángulos de contacto medidos resultan inferiores al valor inicial que
corresponde a la superficie sin atacar (Fig. 1a) acentuándose la condición hidrofílica de la superficie.
Para ambos casos se han encontrado dos funciones matemáticas que permiten obtener los valores máximos,
YM, o mínimos, ym, posibles en función del tiempo de exposición al reactivo químico empleado (Fig. 1b).
Las expresiones de dichas funciones son:
YM (º) = (76.29382 ± 1.79752) º + [(0.3013 ± 0.7538) ºs -1 ] X (s) − [(0.00252 ± 0.00064) ºs -2 ] [X(s)] 2 (1)
ym (º) = (53.65792 ± 2.54083) º + (22.37505 ± 2.31793) º exp [ − X(s) / (38.21442 ± 11.31832) s ] (2)
A partir de las funciones propuestas (Fig. 1b) se obtiene que, para el cobre y reactivo empleados, el máximo
ángulo de contacto es de (85.3 ± 2.55) º y el mínimo ángulo corresponde a (53.66 ± 4.86) º que es el valor
asintótico de la exponencial negativa (2), en muy buena concordancia con los valores experimentales que
arrojan un máximo de (87.9 ± 2.72) º y el mínimo resulta de (54.9 ± 7.37) º.
Empleando las imágenes digitalizadas obtenidas con un microscopio óptico e iluminación de campo claro
(Bright Field Illumination – BFI) se efectuaron los análisis de cada caso mediante las técnicas de RIMAPS y
Variogramas [6−12]. Las Figuras 2 – 5 brindan los resultados representativos para distintos tiempos de
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