Caracterización Cruzada de Films Delgados de Oxidos Mesoporosos por Reflectometría de RX y Porosimetría Elipsométrica Ambiental (PEA): Determinación de Porosidad y Respuesta Óptica

GALO J. A. A. SOLER-ILLIA; PAULA C. ANGELOMÉ; M. CECILIA FUERTES

Salta

Congreso; XVI Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2009

Los films delgados de óxidos mesoporosos (FOMP), con áreas específicas de 200 a 1000m2/g, tamaño de poro monodisperso entre 2 y 20 nm y superficie modulable presentan un gran interés en áreas como optoelectrónica, membranas selectivas, fotocatálisis, sensores y cristales fotónicos.(1) Uno de los temas fundamentales en esta área es la posibilidad de medir de manera precisa la porosidad de los films, y el tamaño de los mesoporos, dado que las nuevas propiedades derivadas de la escala nanoscópica están dadas por el tamaño y la interconexión del sistema poroso. Si bien este campo está relativamente bien desarrollado en el caso de polvos mesoporosos, las pequeñas cantidades de muestra y la presencia de los sustratos han dificultado las medidas de porosidad y tamaño de mesoporos. Recientemente, se han desarrollado enfoques tendientes a solucionar este problema, y que permitan realizar la medición de estas propiedades directamente sobre las muestras depositadas en sustratos de uso habitual (vidrio, ITO, silicio, etc). La Reflectometría de Rayos-X (RRX) permite medir la densidad electrónica, el espesor y la rugosidad de una película delgada de manera independiente. Por otro lado, la elipsometría espectrométrica (EE) permite obtener el espesor y el índice de refracción complejo en un rango de longitudes de onda. El desarrollo de métodos rápidos y robustos de medición ha permitido realizar estas mediciones en presencia de vapores, obteniendo curvas de adsorción-desorción (2). En este trabajo, se utilizaron ambas técnicas para medir las curvas de adsorción-desorción de agua en FOMP de sílice y titania con estructura cúbica centrada en el cuerpo (Im3m) o hexagonal tridimensional (p63/mmc). La porosidad se obtuvo independientemente por ambas técnicas: ajuste del n700nm para EE, y de la densidad electrónica por XRR. El espesor y la porosidad coinciden dentro del 5%; el espesor coincide con el obtenido independientemente por microscopía de barrido. Se analizaron las curvas de sorción (derecha) mediante los algoritmos desarrollados en (2), obteniendo el diámetro de los poros, diámetro de cuellos interporo y el módulo elástico para todos los sistemas. En las estructuras de titania Im3m se observó un aumento del tamaño de cuello en paralelo con una disminución del tamaño de poro a lo largo del tratamiento térmico (300 a 500ºC). Esta evolución explica la mayor accesibilidad de estas estructuras a adsorbatos o sondas electroquímicas. El conocimiento desarrollado permite el diseño de membranas fotocatalíticas y cristales fotónicos responsivos al medio ambiente (3). Referencias (1) Chem. Mater. Edición Especial Templated Materials, 2008, 20 y referencias allí citadas. (2) a) C. Boissière et al., Langmuir; 2005; 21, 12362. b) S. Dourdain, D. T. Britton, H. Reichert, A. Gibaud, Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 183108. (3) a) P. C. Angelomé, L. Andrini, M. E. Calvo, F. G. Requejo, S. A. Bilmes, G. J. A. A. Soler Illia, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 10886. b) M. C. Fuertes, F. J. López-Alcaraz, M. C. Marchi, H. E. Troiani, V. Luca, H. Míguez, G. J. A. A. Soler-Illia, Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 1247.