Estrategias para patterning con grupos funcionales en multicapas de óxidos mesoporosos

NICOLÁS LÓPEZ ABDALA; DIEGO ARIEL ONNA; HÉCTOR GOICOECEA; GALO SOLER ILLIA

Congreso; XIX Encuentro de superficies y materiales nanoestructurados; 2019

Las multicapas de óxidos mesoporosos son sistemas robustos y sencillos, en las cuales el control del índice de refracción, el espesor de cada capa, y la accesibilidad a su porosidad, brinda versatilidad para numerosas aplicaciones, que incluyen su uso en sensores y biodispositivos, en catálisis y aplicaciones fotovoltaicas [1]. Sin embargo, uno de los principales retos en estos óxidos mesoporosos es el control de la condensación y transporte de moléculas selectivamente en sus poros, factor indispensable en sensores. La funcionalización de la superficie de los poros es una alternativa para superar esta limitación, confiriendo afinidad química a dichas superficies mediante la adición de grupos funcionales. Además, el control de la posición de dichos grupos en regiones arbitrarias de un sustrato extenso, o ?patterning funcional?, posibilita utilizar estos sistemas en aplicaciones más complejas, por ejemplo, para multisensado. En este trabajo se evaluaron diferentes estrategias para el ?patterning funcional? en películas delgadas mesoporosas. Para la síntesis de las películas delgadas se utilizó la técnica de dip-coating, que junto con el autoensamblado inducido por evaporación (EISA), permite producir películas de espesor y porosidad controlada. Se prepararon multicapas de películas alternadas de sílice y titania mesoporosas, y monocapas de los mismos materiales como control. Luego se procedió a su funcionalización, para lo cual se utilizaron silanos con diferentes grupos terminales como vinilo, fenilo y amino. Finalmente se realizó el patterning de dichas muestras con la remoción selectiva de los grupos funcionales utilizando máscaras y radiación UV y/o plasma. El control de las zonas protegidas a exposición permitió generar un diseño en el plano XY (plano de la muestra) con grupos funcionales. Por otro lado, en las zonas sin protección, dependiendo de la dosis de radiación o del tiempo y la potencia del plasma aplicado fue posible tener un control de la funcionalización también en el eje Z, eliminando progresivamente los grupos funcionales desde la superficie hacia el interior de la muestra. Para estudiar la funcionalización se realizaron medidas de espectroscopía infrarroja y UV-Visible, esta última con las muestras expuestas a diferentes atmósferas. La presencia de grupos polares favorece la condensación de solventes polares en los poros, y lo contrario en el caso de grupos no polares, modificando sensiblemente los espectros producto del cambio en el índice de refracción por la condensación. Además, los resultados de estas mediciones fueron contrastados con simulaciones computacionales de los espectros de transmisión para las diferentes condiciones de síntesis y funcionalización. En conclusión, se consiguió un diseño de patrones arbitrarios de grupos funcionales hidofílicos e hidrofóbicos en el plano X-Y como así también, control de la funcionalización en el eje Z. Estos resultados sientan las bases para plantear la combinación de la síntesis solgel de películas delgadas con técnicas de litografía tradicionales para circuitos para la producción de arreglos localizados de grupos funcionales. El control de la posición de los mismos permite diseños de circuitos ópticos más complejos, de uso potencial en sensores que combinen responsividad óptica con micro y nanofluídica, aprovechando la mayor precisión (del orden de decenas de micrones), el bajo costo y la sencillez de esta técnica. Referenci