Caracterización mecánica y estructural de microhilos de ZnO

P. G. BERCOFF; D. M. ARCINIEGAS; N. BAJALES; J. BARZOLA-QUIQUIA

Buenos Aires

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

El interés por generar nuevos materialesavanzados, que respondan a la creciente y masiva demanda tecnológica, haimpulsado el desarrollo de novedosos dispositivos portables y versátiles. Recientesestudios mostraron que los dispositivos semiconductores inorgánicos fabricadosa partir de sustratos orgánicos flexibles, pueden aportar interesantessoluciones a las limitaciones de  lastecnologías actuales. En este sentido, Sun y colaboradores diseñaron eficientesfotodetectores de radiación ultravioleta basados en microhilos de óxido de zinc(ZnO) embebidos en alcohol polivinil (PVAL) [1], componentes que  resultan de fácil implementación y bajo costocomparados con los tradicionales,  paraaplicaciones similares. La excelente performance exhibida por estos materiales hapromovido la motivación por comprender con mayor detalle las propiedadesmecánicas asociadas a las características estructurales de los microhilos deóxido de zinc, para otras potenciales aplicaciones. En virtud de estos antecedentes, en estetrabajo se presentan resultados sobre el comportamiento mecánico y laestructura cristalina de microhilos de ZnO, sintetizados por un simple procesocarbotérmico [2], que tiene en cuenta la baja temperatura de fusión del Zn(~419 oC) y el alto punto de fusión del ZnO (1975 oC). Lasíntesis se realizó en un tubo de cuarzo, a 1150 oC y en atmósferade aire, utilizando como precursora una pastilla compactada de ZnO y grafito(con una relación de masas 1:1). Este método se basa en las siguientesreacciones: 2 Zn O (s) + C (s)  → 2 Zn (g) + CO2 (g) ,2 Zn (g) + O2 (g)  → 2 ZnO (s). En la Figura 1 se muestra unaimagen de los hilos de ZnO luego de su síntesis, donde se los puede observar organizadosen arreglos de distintas longitudes, superpuestos entre sí, formando una varillade diámetro milimétrico.De los hilos obtenidos, que tienen diámetros delorden de los 15 mm, y longitudes de hasta varios milímetros, se seleccionóun grupo para este estudio. Los hilos fueron adheridos a un sustrato de SiN/Si utilizandoun barniz adecuado para fijarlos en un solo extremo, dejando libre el otro. La caracterización estructuralse realizó usando microscopía confocal, de barrido, espectroscopía Raman ydifracción de rayos X. Por otra parte, se usó microscopía de fuerzas atómicas (en modo intermitente yen aire) para caracterizar la topografía de los hilos.  En los espectros Raman,medidos en distintos puntos del microhilo adherido, se puede identificar labanda característica del material. En efecto, la banda ubicada alrededor de los437 cm-1 es considerada la huella digital del ZnO y corresponde al modo E2 [3].Asimismo, los cambios observados en dicha banda, sugieren que existiría unacorrelación entre la deflexión mecánica y la respuesta vibracional del microhilo.