Determinación del llenado capilar en silicio nanoporoso mediante microscopía holográfica digital

L. G. CENCHA; C. MULONE; N. BUDINI; A. C. MONALDI; C. BERLI; R. URTEAGA

Merlo, San Luis

Congreso; 100º Reunión Nacional de la Asociación Física Argentina; 2015

Los materiales porosos nanoestructurados son intensamente estudiados dado que ofrecen diversas posibilidades tanto para llevar a cabo estudios fundamentales como para desarrollar nuevas aplicaciones. Ejemplos de esto son el estudio de los mismos desde el punto de vista de la fotónica o en cuanto a sus interesantes aplicaciones en el área de la detección biológica o química. Una característica destacable de estos materiales porosos es que, debido a que sus poros tienen diámetros del orden de los nanómetros, al ponerse en contacto con determinado fluido se produce el fenómeno de llenado espontaneo de canales impulsado por fuerzas capilares. De esta manera, surge la posibilidad de transportar fluidos sin la necesidad de utilizar un sistema de bombeo externo. En este sentido, es necesario comprender los fenómenos fluidodinámicos que tienen lugar dentro de estas estructuras para conocer y controlar el proceso de llenado capilar de las mismas. Si bien el llenado capilar es un fenómeno ya conocido, actualmente existe un interés renovado en esta área debido al surgimiento de dispositivos nanofluídicos y sistemas nanoelectromecánicos. La técnica de microscopía holográfica digital (MHD) permite registrar imágenes holográficas de la muestra bajo estudio a medida que el fluido ingresa por capilaridad a la estructura porosa. Esto se logra haciendo interferir sobre un sensor CCD o CMOS el frente de onda de luz que atraviesa la muestra con un frente de onda de referencia. La ventaja principal de la MHD con respecto a otras técnicas, como la microscopíaóptica convencional, radica en la posibilidad de extraer numéricamente la información de fase de la luz (coherente) que es transmitida por la muestra punto a punto. La fase está directamente relacionada con las variaciones de camino óptico de la luz al atravesar el medio poroso y, por lo tanto, puede correlacionarse con la cantidad de fluido que ingresó a la estructura. Una de las características más importantes de la MHD es que, bajo condiciones adecuadas, permite detectar variaciones de camino óptico de hasta 5 nm. En el presente trabajo se estudió el llenado lateral de películas autosostenidas de silicio poroso nanoestructurado mediante la técnica de MHD. De esta manera se determinó la dinámica de llenado de la matriz porosa para distintos tipos de muestras. Los datos obtenidos fueron contrastados con diferentes modelos fluidodinámicos de llenado capilar y, a partir de los ajustes realizados, se pudo extraer información acerca de las características morfológicas de la matriz porosa.