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

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

San Martín, Buenos Aires

Encuentro; XIX Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2019

CAC - CNEA - INTI

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 elevadaárea superficial y una matriz estable estructuralmente, así como también unalto control y reproducibilidad en la síntesis. El formato de films posibilitael desarrollo de aplicaciones en catálisis, celdas de combustible, celdassolares, adsorbentes y sensores. En particular, la intercalación de películasde diferente índice de refracción da lugar a los denominados cristalesfotónicos (CFs). Si las capas son porosas, estos CFs detectan analitos en faselíquida o vapor por cambios en el índice de refracción de las capas cuando seproduce el llenado de los poros. Entre los materiales más ampliamenteutilizados se encuentran SiO2 y TiO2, debido a que presentan índices derefracción muy diferentes y pueden obtenerse en forma de films uniformes conporosidad controlada. En el presente trabajo se realizó la caracterizaciónestructural y mecánica de films mesoporosos basados en nanopartículas (NPs) de TiO2y SiO2, con distribuciones de tamaños alrededor de 6 y 10 nm respectivamente, apartir de las cuales se construyeron CFs responsivos mediante spin coating [1].Se evaluaron monocapas de SiO2 y TiO2 mediante reflectometría de rayos X paradeterminar la porosidad accesible, siendo la misma 30 y 20%, respectivamente.Las bicapas SiO2/TiO2 fueron estudiadas mediante microscopía electrónica detransmisión observándose la porosidad presente entre las NPs y la fase anatasadel TiO2 por difracción de electrones. En las imágenes de microscopíaelectrónica de barrido de multicapas SiO2/TiO2(x4) se observa interpenetraciónentre las capas y un espesor total del dispositivo de 700 nm. Se estudió larespuesta mecánica de las monocapas (Fig. b), bicapas y CFs mediantenanoindentación y ensayos de rayado, con el objetivo de determinar lainfluencia de cada capa en el desempeño mecánico del dispositivo [2]. Seobservó que el comportamiento mecánico de las bicapas depende de la disposiciónde las mismas (Vidrio/SiO2/TiO2 o Vidrio/TiO2/SiO2). Además, se determinó quetanto el módulo de indentación (EIT) como la dureza (HIT) de la multicapa estánmodulados por la capa de SiO2, que posee valores de EIT y HIT menores que elTiO2.[1] Colodrero, S., Ocaña, M., Míguez, H., Langmuir 24 (2008) 4430-4434.[2]Pana, I. et al. Materials& Design 130 (2017), 275-284.