Obtención de nanohilos de ZnO por síntesis hidrotermal

ZELAYA, PRISCILA; MARIN, OSCAR; COMEDI, DAVID; TIRADO, MONICA

Buenos Aires

Taller; Escuela de Nanociencia y Nanotecnología; 2018

INSTITUTO DE NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍA Gerencia de Area de Investigación y Aplicaciones no Nucleares, Comisión Nacional de Energía Atómica

Entre los métodos de síntesis de materiales inorgánicos desarrollados, el método basado en la síntesis hidrotermal está en auge debido a las condiciones excepcionales que presenta, su alto rendimiento, su fácil manipulación,fácil control, uniformidad en la deposición, baja contaminación del ambiente y bajo consumo de energía.En este trabajo se propone la fabricación de nanohilos de ZnO mediante síntesis hidrotermal para su posterior aplicación en sensores UV.Se presenta la fabricación de una juntura n-p basada en NHs de ZnO (tipo n) crecidos en sustratos de silicio (Si) (tipo p), y su posterior caracterización morfológica, óptica y eléctrica para el estudio de su interfaz. También seanalizan algunas muestras que fueron recubiertas con óxido de magnesio (MgO) mediante la técnica de transporte de vapor y deposición, a fin de aislar los nanohilos entre ellos con miras a su posterior empleo en el dispositivo.Los nanohilos (NHs) de ZnO se obtuvieron mediante síntesis hidrotermal utilizando sustratos de Si conductores (dopados con boro) con orientación (100) y resistividad 0.005 ohm cm. Los sustratos de Si cortados en obleas de1 cm x 2 cm se limpiaron con etanol y acetona. Para la realización del sembrado de láminas delgadas de ZnO por dip-coating, se empleó una solución etanólica de acetato de zinc dihidratado 20 mM. Se hicieron 6 inmersiones del sustrato en la solución, después de cada inmersión se realizaron tratamientos t´ermicos de 5 minutos a 125 ºC en horno y un tratamiento térmico final de 4 horas a 125 ºC, para finalmente dejar enfriar. Los NHs de ZnO se sintetizaron por método hidrotermal, en cada autoclave se colocaron 0.103 g HMTA, 1.5mL de solución acuosa de 0.5 M de nitrato de zinc hexahidratado (Zn(NO3)2.6H2O) y 11 mL de H2O destilada. El procedimiento consiste en sonicar durante 5 minutos, para homogeneizar los reactivos, colocar los sustratos con el sembrado de ZnO dentro de las autoclaves, sellar las mismas e introducirlas dentro de un horno a 125 ºC para que se produzca la reacción en el lapso de 4 horas. Antes de extraer las muestras de las autoclaves, éstas se dejan enfriar a temperatura ambiente. Se obtuvieron de esta manera NHs crecidos sobre los sustratos. El recubrimiento de los NHs de ZnO con MgO se realizó mediante transporte de vapor en un horno tubular empleando polvo fuente de magnesio de alta pureza a una temperatura de 700 ºC. A través del tubo se hizo circular gases de argón y oxígeno, con caudales de 125 sccm y 8 sccm, respectivamente, dejando posteriormente enfriar a temperatura ambiente.Se estudió de qué manera afectan la ubicación del sustrato con respecto al polvo fuente y el tiempo de deposición del MgO sobre los NHs de ZnO sintetizados mediante reacción hidrotermal. Se analizaron dos distancias a 12 cm y 14 cm, respecto del centro del horno y tres tiempos de deposición, 10, 20 y 30 minutos. Las muestras obtenidas se caracterizaron por microscopía electrónica de barrido y transmisión, espectroscopia de rayos X de dispersión de energía, difracción de rayos X, curvas de corriente vs voltaje y espectroscopia de fotoluminiscencia. La influencia de los parámetros en el proceso de crecimiento de los NHs y de su recubrimiento sobre la calidad y morfología de las nanoestructuras producidas se discute en detalle.