Científicos del Instituto de Óptica y del departamento de Física de Materiales de la Universidad Complutense de Madrid acaban de publicar un artículo en el que describen cómo han conseguido "hacer crecer" micro y nano estructuras de ZnO y ZrO
2, compuestos valiosos para multitud de aplicaciones tecnológicas.
Estas microestructuras de ZnO y ZrO
2 se han cultivado mediante el método Vapor-Solido, en un horno tubular que alcanza 900°C para conseguir evaporar los materiales. En el horno se introdujo una mezcla de polvo de ZnS y ZrO
2 en diferentes proporciones, para que se evaporara parte de él y después de unas horas, al enfriarse el horno, el vapor se fue solidificando de nuevo, formando los nuevos cristales.
Este polvo de ZnS y ZrO
2 se consiguió moliendo durante 5h a 180 rpm con bolas de ágata de 20 mm y luego se prensó en una pastilla de 7 mm. de diámetro y un espesor de 2 mm.
Las diminutas microestruturas conseguidas se estudiaron mediante diferentes técnicas, y mostraron que se formaron dos compuestos distintos, una parte es ZnO dopado con Zr y otra ZrO
2 dopado con Zn.
Bajo los experimentos realizados, estos dos nuevos cristales tienen propiedades distintas, lo que permite la formación de compuestos con interesantes propiedades de luminiscencia, con emisiones intensas en los alrededores del ultra violeta y rango visible, incluso a temperatura ambiente.
Aplicaciones
Los óxidos de metales semiconductores han atraído mucha atención en los últimos años debido a la variedad de propiedades únicas que los convierten necesarios en muchas aplicaciones. Se utilizan en dispositivos optoelectrónicos como LED, láseres ultravioleta, como materiales fotocatalíticos (son capaces de absorber luz para luego reaccionar con moléculas contaminantes y así destruirlas), almacenamiento de energía, biosensores, recubrimientos antibacterianos o sensores. Entre estos óxidos de metales semiconductores, el ZnO es actualmente uno de los más investigados. Su bajo costo, facilidad de fabricación, biocompatibilidad y no toxicidad permiten su uso también en aplicaciones como el tratamiento de aguas.
Esta amplia gama de aplicaciones ha estimulado la investigación de métodos de fabricación centrados principalmente en el crecimiento de varios tipos de ZnO puro y dopado con impurezas.
Crecimiento por Vapor sólido
El crecimiento de vapor sólido ha demostrado ser un método adecuado para obtener una gran cantidad de micro y nanoestructuras tanto de ZnO puro como dopado con varios metales de transición e iones de tierras raras. En el caso del ZrO
2, la obtención de estructuras puras o dopadas por este método es difícil.
Las enormes diferencias entre las estructuras cristalinas de ambos compuestos y las temperaturas de fusión extremadamente altas dificultan considerablemente el uso de este sistema y hasta ahora han limitado en gran medida su estudio en profundidad.
Sin embargo, por otro lado, la versatilidad, el bajo costo de la técnica y la facildad para escalar la técnica a grandes tamaños hacen que valga la pena analizar su uso para el crecimiento de estructuras compuestas de ZnO / ZrO
2.
¿Porqué mezclar dos compuestos distintos?
En los últimos años, la combinación de dos óxidos de metales semiconductores diferentes se ha utilizado para producir materiales compuestos con propiedades fisicoquímicas mejoradas. Combinan las propiedades de cada material debido a efectos sinérgicos y se pueden lograr propiedades nuevas y mejoradas como estabilidad química y térmica, biocompatibilidad, alta eficiencia energética o buena sensibilidad entre otras.
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El artículo es un trabajo del Instituto de Óptica en colaboración con el departamento de Física de Materiales de la facultad de Físicas de la Universidad Complutense de Madrid.
