Caracterización mecánica y estructural de microhilos de ZnO

BERCOFF, PAULA G.; ARCINIEGAS JAIMES, DIANA M.; CAROT, M. LUCRECIA; BAJALES LUNA, NOELIA; BARZOLA-QUIQUIA, JOSÉ

Jornada; 1° Jornada Interdisciplinaria de Aplicaciones de Fenómenos de Superficie (JIAFES); 2019

El interés por generar nuevos materiales avanzados, que respondan a la creciente y masivademanda tecnológica, ha impulsado el desarrollo de novedosos dispositivos portables y versátiles.Recientes estudios mostraron que los dispositivos semiconductores inorgánicos fabricados a partirde sustratos orgánicos flexibles, pueden aportar interesantes soluciones a las limitaciones de lastecnologías actuales. En este sentido, Sun y colaboradores diseñaron eficientes fotodetectores deradiación ultravioleta basados en microhilos de óxido de zinc (ZnO) embebidos en alcohol polivinil(PVAL) [1], componentes que resultan de fácil implementación y bajo costo comparados con lostradicionales, para aplicaciones similares. La excelente performance exhibida por estos materialesha promovido la motivación por comprender con mayor detalle las propiedades mecánicasasociadas a las características estructurales de los microhilos de óxido de zinc, para otraspotenciales aplicaciones.En virtud de estos antecedentes, en este trabajo se presentan resultados sobre el comportamientomecánico y la estructura cristalina de microhilos de ZnO, sintetizados por un simple procesocarbotérmico [2], que tiene en cuenta la baja temperatura de fusión del Zn (~419 o C) y el alto puntode fusión del ZnO (1975 o C). La síntesis se realizó en un tubo de cuarzo, a 1150 o C y en atmósferade aire, utilizando como precursora una pastilla compactada de ZnO y grafito (con una relación demasas 1:1). Este método se basa en las siguientes reacciones:2 Zn O (s) + C (s) → 2 Zn (g) + CO 2 (g) ,2 Zn (g) + O 2 (g) → 2 ZnO (s).En la Figura 1 se muestra una imagen de los hilos de ZnO luego de su síntesis, donde se lospuede observar organizados en arreglos de distintas longitudes, superpuestos entre sí, formandouna varilla de diámetro milimétrico.De los hilos obtenidos, que tienen diámetros del orden de los 15 µm, y longitudes de hasta variosmilímetros, se seleccionó un grupo para este estudio. Los hilos fueron adheridos a un sustrato deSiN/Si utilizando un barniz adecuado para fijarlos en un solo extremo, dejando libre el otro. Lacaracterización estructural se realizó usando microscopía confocal, de barrido, espectroscopíaRaman y difracción de rayos X. Por otra parte, se usó microscopía de fuerzas atómicas (en modointermitente y en aire) para caracterizar la topografía de los hilos.En los espectros Raman, medidos en distintos puntos del microhilo adherido, se puede identificarla banda característica del material. En efecto, la banda ubicada alrededor de los 437 cm-1 esconsiderada la huella digital del ZnO y corresponde al modo E2 [3]. Asimismo, los cambiosobservados en dicha banda, sugieren que existiría una correlación entre la deflexión mecánica y larespuesta vibracional del microhilo.Palabras Claves: microhilo; óxido de Zinc; AFM; rugosidad; propiedades mecánicasREFERENCIAS[1] Sun, X.; Azad, F.; Wang, S.; Zhao, L.; Su, S. (2018). “Low-Cost Flexible ZnO MicrowiresArray Ultraviolet Photodetector Embedded in PAVL Substrate”. Nanoscale ResearchLetters, 13 (1), 277:1-8. https://doi.org/10.1186/s11671-018-2701-4.[2] Cao, B. Q.; Lorenz, M.; Brandt, M.; von Wenckstern, H.; Lenzner, J.; Biehne, G.;Grundmann, M. (2008). "p‐type conducting ZnO: P microwires prepared by directcarbothermal growth". Phys. Status Solidi RRL 2 (1) 37-39.[3] Cuscó, R. et al., “Temperature dependence of Raman scattering in ZnO”. (2007). Phys.Rev. B 75, 165202, 1-11.