Síntesis de nanoestructuras núcleo-cascarón Si/SiOx embebidas en ZnO

103 páginas. Maestría en Ciencias e Ingeniería de Materiales.Se sintetizaron nanopartículas de Si embebidas en una matriz de ZnO en forma secuencial mediante la técnica de sputtering de radio frecuencia con atmósfera reactiva de Ar/O2. Las micrografías de MEB y AFM confirman la formación de las nanopartículas de ZnO; además mediante espectroscopia Raman y FTIR es posible observar la formación de ZnO en los sustratos de vidrio y silicio. Los espectros de transmitancia de UV-VVIS arrojan que el silicio nanoestructurado de las muestras sintetizadas a temperatura ambiente y a 300 °C presenta un ancho de banda prohibida de 1.86 y 1.84 eV respectivamente; mientras que el ZnO presenta un ancho de banda prohibida de 3.3 eV. El desempeño fotoluminiscente del ZnO se incrementó debido a la presencia del silicio confinado en las muestras sintetizadas a temperatura ambiente y a 300°C. En cuanto a sus propiedades eléctricas, la muestra crecida a 500°C del sistema ZnO/Si/ZnO mostró el mayor desempeño. La estructura ZnO/Si/ZnO podría ser potencialmente utilizada en aplicaciones fotovoltaicas y optoelectrónicas, como material conductor transparente y emisor de luz

Influencia del método de síntesis en las propiedades optoelectrónicas del ZnO-CeO2

112 páginas. Maestría en Ciencias e Ingeniería de Materiales.Debido a la importancia tecnológica del ZnO, cuyas aplicaciones incluyen celdas solares, LED’s y sensores, en este trabajo se estudió el composito ZnO-CeO2, con el fin de mejorar las propiedades ópticas y electrónicas del sistema. Los materiales en polvo se obtuvieron por el método de sonoquímica. Para las películas delgadas el método de síntesis empleado fue rocío pirolítico ultrasónico (RPU). Con cada uno de los métodos de síntesis se varió el contenido de precursores de óxido de Cerio (CeO2), también conocido como Ceria. La caracterización de los polvos se llevó a cabo por las técnicas de análisis termogravimétrico, análisis térmico diferencial, difracción de rayos X, espectrofotometría UV-Vis (en el modo de reflectancia difusa), espectroscopía de infrarrojo por transformada de Fourier (FT-IR), microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de fotoluminiscencia, fisisorción de N2 e impedancia. Para las películas, se realizaron las mismas caracterizaciones a excepción del análisis termogravimétrico, análisis térmico diferencial, impedancia y fisisorción de N2. Con las técnicas de caracterización usadas fue posible determinar que existe una completa formación de óxido de zinc y óxido de Cerio. Por difracción de rayos X, se determinaron los parámetros de red para las muestras tanto en polvo como en películas, en las cuales se observó que no existe mucha variación al incrementar el porcentaje de Ceria, lo cual indica, que la incorporación del CeO2 ocurre sobre la superficie del ZnO formando segregados. La segregación afectó directamente al tamaño de cristal y las propiedades ópticas de los materiales sintetizados, provocando una sensibilización aparente en el ZnO, debido en parte a la formación de estados localizados en el gap del ZnO, además de la posible formación de una heterounión tipo II, la cual favorece los procesos de óxido-reducción y la separación de los portadores de carga. Al incrementar el porcentaje en peso de Ceria, se disminuye la recombinación de los pares electrón-hueco. El incremento en la conductividad del ZnO, está atribuido a las interacciones entre los átomos de la Ceria con los átomos superficiales del ZnO. A pesar de que con concentraciones de 1 % en peso de Ceria se reporta actividad en la región visible, las muestras en polvo con concentraciones de 7 y 10% presentan una reducción aparente en la brecha de energía del ZnO de 3.2 eV a 3.0 y 2.8 eV, respectivamente, sugiriendo la presencia de estados entre bandas. Para las películas delgadas depositadas a 550ºC, la reducción en la brecha energética fue menor de 3.14 eV (ZnO puro) a 3.13 eV (7%w CeO2). Debido a esto, es posible obtener materiales activos en la región visible con brecha energética menor con concentraciones en peso de Ceria mayor a lo reportado.Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (México)

Electrodeposición de materiales semiconductores con aplicaciones termoeléctricas

Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Físicas, Departamento de Física de Materiales, leída el 25-06-2014Depto. de Física de MaterialesFac. de Ciencias FísicasTRUEunpu

Estudio de las propiedades estructurales, ópticas y electrónicas de NP’s de RhW-ZnO para su aplicación en fotocatálisis

133 páginas. Doctorado en Ciencias e Ingeniería de Materiales.Los semiconductores de óxidos metálicos forman parte de los materiales más comunes empleados en los procesos de fotocatálisis para la degradación de compuestos orgánicos, en donde el óxido de zinc (ZnO) es uno de los materiales más prometedores, debido a que la actividad fotocatalítica de este material depende principalmente de su morfología, el tamaño de partícula y la energía de la brecha prohibida, en este trabajo se estudiaron diversos parámetros de síntesis que modifican dichas propiedades, tales como el uso de surfactantes, la concentración molar del precursor de zinc y el efecto de dopantes. En la primera parte, se estudió cómo influye en las propiedades del ZnO el uso de distintos surfactantes en su síntesis. Los surfactantes empleados fueron polivinilpirrolidona (PVP), ácido cítrico (AC), ácido oleico (AO) y etilenglicol (ETG). De los resultados obtenidos se observó que la muestra con una mayor actividad fotocatalítica probada en la degradación del colorante negro reactivo 5 (RB5) fue la de ZnO-ETG, por lo que ésta muestra fue la que se empleó para las etapas posteriores de este trabajo. En la segunda parte se sintetizó ZnO con tres concentraciones molares del precursor de zinc, 0.2M, 0.3M y 0.4M. Esto se realizó principalmente para disminuir el tamaño de partícula del ZnO, ya que la obtención de nanopartículas es imperativa en este estudio. La muestra que mostró el mejor desempeño fotocatalítico fue la sintetizada con 0.2M de precursor, por lo que se utilizó esta concentración para la síntesis de las NP’s dopadas y co-dopadas. Finalmente, una vez determinadas las mejores condiciones de síntesis para la obtención de las nanopartículas de ZnO, se procedió al estudio del efecto del dopaje sobre sus propiedades fotocatalíticas. Los dopantes utilizados fueron rodio y tungsteno, con porcentajes de 0.5%, 0.7% y 1.0% molar. Además, se obtuvo ZnO co-dopado con los siguientes porcentajes molares 0.50%Rh/0.50%W, 0.25%Rh/0.75%W y 0.75%Rh/0.25%W. Se observó que la inserción de Rh y/o W no modifica la estructura, ni la morfología, ni la carga superficial del ZnO de manera significativa, pero sí existe un cambio en la absorbancia óptica y en la brecha de energía prohibida debido a la presencia de estos iones, los cuales mejoran la actividad fotocatalítica del ZnO considerablemente. Adicionalmente, se estudió otro método de degradación del colorante RB5 conocido como sonocatálisis, empleando como catalizadores las muestras dopadas al 1.0% de rodio y tungsteno, la muestra co-dopada en la misma proporción de los iones dopantes, en donde se observó la misma tendencia que en las pruebas fotocatalíticas. Sin embargo, para el método de degradación de sonocatálisis la remoción de color se llevó en un tiempo mayor.Investigación realizada con el apoyo del Programa Nacional de Posgrados de Calidad del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT)

Estudio del uso de óxidos de metales de transición obtenidos a partir del reciclado de pilas como fases activas y soportes en la remoción de compuestos orgánicos volátiles y otras aplicaciones

Este trabajo de tesis estará dividido en seis capítulos:En el Capítulo 1 se introduce el problema que presentan las pilas agotadas, así como también los distintos métodos de tratamiento.En el Capítulo 2 se realiza una reseña bibliográfica acerca de la estructura, preparación, caracterización y diferentes usos de los óxidos de manganeso.En el Capítulo 3 se realiza una reseña bibliográfica acerca de la estructura, preparación, caracterización y diferentes usos de los óxidos de zinc.En el Capítulo 4 se describe el procedimiento experimental usado tanto para el tratamiento de pilas agotadas como para la síntesis de los sólidos estudiados. En este capítulo también se describen las técnicas de caracterización fisicoquímicas usadas.En el Capítulo 5 se presentan los resultados de los ensayos de lixiviación realizados y de las caracterizaciones fisicoquímicas. En este capítulo, en la sección 5.3 se presentan los resultados de la actividad catalítica en la degradación de COVs, como moléculas test se usaron etanol y tolueno. Se describe brevemente la importancia de la eliminación de estos compuestos daño ambiental que generan.El Capítulo 6 está dedicado a una breve introducción al estudio teórico del sistema ZnO y Mn-O, realizado en colaboración con la UNS.Por último se presenta un anexo presentando resultados de otras aplicaciones tecnológicas de los sólidos obtenidos.En la sección final se encuentran las conclusiones generales a las cuales se arribaron luego de los estudios realizados, además se muestran las perspectivas futuras y las publicaciones en revistas y congresos asociadas a este trabajo de Tesis.Fil: Gallegos, María Victoria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencias Aplicadas "Dr. Jorge J. Ronco". Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencias Aplicadas; Argentin

Síntesis de estructuras nanométricas de Sb2S3 por medio de ultrasonido asistido con líquido iónico con potencial uso en celdas solares noanocristalinas

Tesis (Doctor en Ciencias con Orientación en Química de los Materiales) UANL, 2010.UANLhttp://www.uanl.mx

Determinación de la longitud del enlace Zn-O en el semiconductor ZnO dopado con Ce mediante espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier y difracción de rayos X

En el presente trabajo se determinó la longitud del enlace Zn-O en el semiconductor ZnO dopado con Ce teniendo en cuenta una relación molar de dopado sustitucional x = 0, 01 − 0, 05, utilizando mediciones de difracción de rayos X (DRX) y espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FTIR). Por DRX se encontró la fase wurzita, se calcularon los parámetros de red y con estos datos se calculó la longitud del enlace. Por FTIR se hallaron los modos de vibración característicos mediante el ajuste por de deconvolución de los espectros en el intervalo de 600- 400 cm−1 , con el fin dedeterminar la posición exacta de los picos asociados a los modos fonónicos de ZnO y así con la posición de modo E1(TO) se calculó la longitud del enlace. Con la técnica FTIR se encontró que la longitud del enlace crece con el aumento del dopado con cerio, mientras que con DRX se observó que la longitud del enlace tiene variaciones poco significativas.Resumen iiiIntroducción viReferencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi1. Objetivos vii1.1. General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii1.2. Específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. vii2. Aspectos teóricos2.1. Materiales semiconductores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.2. Semiconductor ZnO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23. Propiedades y aplicaciones del óxido de zinc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.3.1. Algunas propiedades vibracionales del ZnO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.4. Vibraciones de una cadena lineal biatómica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.4.1. Ondas longitudinales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.4.2. Ondas transversales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.5. Espectroscopía infrarroja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.5.1. Tipos de vibraciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.5.2. Frecuencia de la vibración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.6. Propiedades ópticas en el infrarrojo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.7. Ajustes de espectros IR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.7.1. Conversión de espectro medido en transmitancia a absorbancia . . . . . . . . . 112.7.2. Determinación y ajuste de los picos IR obtenidos . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.7.2.1. Suavizado (smoothing) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.7.2.2. Ajuste por curvas gaussianas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.7.2.3. Corrección de línea base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.8. Proceso sol-gel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.9. Difracción de rayos X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.10. Instrumentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173. Aspectos experimentales3.1. Diseño experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203.2. Síntesis de los materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203.2.1. Determinación de los pesos de los reactivos necesarios para la síntesis . . . . . 203.2.2. Procedimiento para la síntesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.3. Difracción de rayos X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.4. Espectroscopía infrarroja (FTIR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.4.1. Medición experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284. Análisis y Resultados4.1. Espectros infrarrojos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294.2. Deconvolución y modos de vibración característicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294.3. Cálculo de la longitud de enlace L (Zn−O) por FTIR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324.4. Cálculo de la longitud de enlace b1 por DRX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.5. Comparación de los valores de longitud de enlace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375. Conclusiones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Anexos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39A. Proceso de síntesis para la serie Zn 1 − x Ce x O. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40A.1. Relación estequiometrica c/n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40A.2. Peso del cerio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40A.3. Peso del zinc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40A.4. Peso del ácido cítrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41B. Incertidumbre asociadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . 42B.1. Calculó de la incertidumbre de la masa efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42B.2. Calculó de la incertidumbre de la constante de fuerza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43B.3. Calculó de la incertidumbre de la longitud de enlace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44B.4. Calculó de la incertidumbre de la relación c/a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44B.5. Calculó de la incertidumbre del parámetro de longitud u . . . . . . . . . . . . . . . . . 45B.6. Calculó de la incertidumbre de la longitud de enlace b1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46PregradoFísico(a)Trabajos de Investigación y/o Extensió

Estructuras híbridas de silicio poroso y metal/óxido de metal: síntesis, caracterización y aplicaciones en biomedicina

Tesis doctoral inédita. Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Física Aplicada. Fecha de lectura: 17-06-201

Materiales de TiO<SUB>2</SUB> modificados con paladio (II) : Síntesis, caracterización y aplicación para la degradación fotocatalítica de contaminantes

La creciente demanda de la sociedad actual ha convertido a la contaminación en un problema mundial. En particular, existe un marcado deterioro de la calidad del agua. Por esta razón, hallar métodos eficientes y sustentables para su descontaminación es un importante desafío científico y tecnológico para preservar la salud de la población y el ecosistema. En la última década, se ha determinado la presencia de microcontaminantes orgánicos en los efluentes líquidos industriales, así como también en fuentes de agua superficial y subterránea. Debido a esto, se ha promovido la investigación para el desarrollo de tratamientos que degraden eficientemente estos compuestos. Desde hace más de 20 años, los Procesos Avanzados de Oxidación (PAO) han sido estudiados para el saneamiento de aguas. Por medio de estos, es posible transformar completamente el contaminante mediante su mineralización, y la de las especies intermediarias de reacción, a dióxido de carbono, agua y compuestos inorgánicos o a productos menos tóxicos. En este trabajo, se han desarrollado materiales para su aplicación como fotocatalizadores en la degradación de contaminantes en medio acuoso, haciendo hincapié en que sean selectivos en matrices de agua complejas y activos bajo la irradiación de luz solar.Facultad de Ciencias Exacta

Estudio de las propiedades estructurales, morfológicas y magnéticas de nanopartículas de SnO2 dopadas con Cr

Implica el estudio de las propiedades estructurales, morfológicas y magnéticas de nanopartículas de SnO2 dopadas con Cr (0.00 a 20.0 %), preparadas por el método de precursores poliméricos (método de Pechini). Los resultados obtenidos por la técnica de EDS evidencian la presencia de Cr aproximadamente en la misma proporción designada nominalmente en la síntesis de las nanopartículas de SnO2 dopadas con Cr. El refinamiento mediante el método Rietveld (utilizando el programa GSAS) de difractogramas de rayos X indica la formación de la fase cristalina tetragonal de tipo rutilo en todas las muestras estudiadas. Además, fueron estimados los diámetros medios de los cristalitos utilizando la ecuación de Scherrer en todos los compuestos. En este contexto, fue observada una disminución en el tamaño de las nanopartículas en función del aumento de la concentración de Cr en la matriz semiconductora. No en tanto, después de los tratamientos térmico, este tamaño medio muestra un crecimiento proporcional a la temperatura de tratamiento. El diámetro medio obtenido a través del análisis de imágenes de TEM corrobora el diámetro obtenido por difracción de rayos-X. Medidas de absorción en el infrarrojo proporcionaran informaciones consistentes con lo obtenido en medidas de espectroscopia Raman, confirmando la formación de la estructura rutilo, donde el modo más intenso (A1g) muestra un desplazamiento para menores números de onda, el que fue asociado al efecto de enlace producido por el dopaje con Cr. Además de eso se observaran modos adicionales las cuales fueron identificados con los modos Eu(3) y A2u propios de activos infrarrojos. Estos modos quedan más intensos al aumentar la concentración de Cr. Se acredita que estos modos queden como Raman activos debido a las perturbaciones estructurales introducidas por el dopaje. Fueron realizadas medidas magnéticas en función de la temperatura (2 - 300 K) aplicando campos magnéticos hasta ±65 kOe. A partir de las curvas de M(H) a 2 K es observado un aumento acentuado en los valores de magnetización de saturación al aumentar la concentración de Cr, ello confirma la entrada de Cr en la estructura. Ajustes usando la ley de Curie-Weiss de las curvas de susceptibilidad vs temperatura, muestran que el momento magnético efectivo por átomo de Cr disminuye hasta el valor de 2.83 B para el cromo con estado Cr4+. El análisis de las medidas de magnetización en función del campo magnético aplicado sugiere que para bajas concentraciones (<3%) de Cr, sucede la coexistencia del ferromagnetismo y paramagnetismo; entretanto, solamente la presencia del paramagnetismo fue determinada para las muestras con alta concentración de Cr.Tesi