Evaluación de la integridad estructural de dispositivos multicapa formados por films de nanopartículas

J. I. RAMALLO; D. F. LIONELLO; M. CALVO; H. MIGUEZ; M.C. FUERTES

Congreso; XIX Encuentro de superficies y materiales nanoestructurados NANO 2019; 2019

Actualmente, entre los nanomateriales se destacan los films de óxidos mesoporosos (es decir, con diámetro de poros entre 2 y 50 nm), de gran interés por poseer una elevada área superficial y una matriz estable estructuralmente, así como también un alto control y reproducibilidad en la síntesis. El formato de films posibilita el desarrollo de aplicaciones en catálisis, celdas de combustible, celdas solares, adsorbentes y sensores. En particular, la intercalación de películas de diferente índice de refracción da lugar a los denominados cristales fotónicos (CFs). Si las capas son porosas, estos CFs detectan analitos en fase líquida o vapor por cambios en el índice de refracción de las capas cuando se produce el llenado de los poros. Entre los materiales más ampliamente utilizados se encuentran SiO2 y TiO2, debido a que presentan índices de refracción muy diferentes y pueden obtenerse en forma de films uniformes con porosidad controlada. En el presente trabajo se realizó la caracterización estructural y mecánica de films mesoporosos basados en nanopartículas (NPs) de TiO2 y SiO2, con distribuciones de tamaños alrededor de 6 y 10 nm respectivamente, a partir de las cuales se construyeron CFs responsivos mediante spin coating [1]. Se evaluaron monocapas de SiO2 y TiO2 mediante reflectometría de rayos X para determinar la porosidad accesible, siendo la misma 30 y 20%, respectivamente. Las bicapas SiO2/TiO2 fueron estudiadas mediante microscopía electrónica de transmisión observándose la porosidad presente entre las NPs y la fase anatasa del TiO2 por difracción de electrones. En las imágenes de microscopía electrónica de barrido de multicapas SiO2/TiO2(x4) se observa interpenetración entre las capas y un espesor total del dispositivo de 700 nm. Se estudió la respuesta mecánica de las monocapas (Fig. b), bicapas y CFs mediante nanoindentación y ensayos de rayado, con el objetivo de determinar la influencia de cada capa en el desempeño mecánico del dispositivo [2]. Se observó que el comportamiento mecánico de las bicapas depende de la disposición de las mismas (Vidrio/SiO2/TiO2 o Vidrio/TiO2/SiO2). Además, se determinó que tanto el módulo de indentación (EIT) como la dureza (HIT) de la multicapa están modulados por la capa de SiO2, que posee valores de EIT y HIT menores que el TiO2.[1] Colodrero, S., Ocaña, M., Míguez, H., Langmuir 24 (2008) 4430-4434.[2] Pana, I. et al. Materials & Design 130 (2017), 275-284.