Métodos de Fabricación de Nanoestructuras: Bottom-up Jose Luis Ropero Vega

Temas: 1. Introducción. 2. Métodos de fabricación de nanoestructuras. 2.1. Sol-gel. 2.2 Aerosol. 2.3 Pirolisis.

El Método Sol-Gel

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El Método Sol-Gel

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El Método Sol-Gel

El Método Sol-Gel El proceso sol-gel es una ruta química que permite fabricar materiales amorfos o policristalinos de forma relativamente sencilla. Se pueden elaborar nuevos materiales que por métodos clásicos son muy difíciles de obtener, tales como combinaciones de óxidos (𝑇𝑖𝑂2 , 𝑆𝑖𝑂2 , 𝑍𝑟𝑂2) y evita posibles contaminaciones con iones o tierras raras o colorantes orgánicos.

Con el método sol-gel es posible obtener estructuras únicas (micro y nano estructuras) con lo cual abren muchas posibilidades para aplicaciones practicas como: catálisis, nanomedicina, biomateriales, fibra óptica, componentes ópticos y celdas solares, entre otros. [5]

Fibra óptica

El Método Sol-Gel Contiene el catión metálico: Sales: MaXb Alcóxidos: M(OR)n

Hidrólisis y condensación de un precursor

Hidrólisis: Alcóxidos H

H O + M

R

OR

M

O

H

OR

HO

M

M

O

H

OH + R

OH

H

(a)

(b)

(c)

(d)

Condensación: Alcóxidos M

M O + M

OR

H

R O

M

OR

M

O

M

H

(a)

R: Grupo alquilo ó H

M

O

O

M + R

H

(b)

(c)

(d)

OH

El Método Sol-Gel

El Método Sol-Gel En el caso de las sales: H +z

H M+z

+

O

M H

O H

Hidrólisis [M(OH2)N]+z + hH2O M

(OH2) Acuo

[M(OH)h(OH2)N-h]+(z-h) + hH3O+ M OH Hidroxo

M O Oxo

El Método Sol-Gel Control del proceso Acetilacetona (Acac) O

O

C H3C

C CH2

CH3

Hidrólisis

H3C

OR C

O

C

O

HC O C H3C

H3C

OH C CH

CH3

M OR

OR

Control de la Vhid. Preparación de un sol “estable”.

El Método Sol-Gel Gelificación

El Método Sol-Gel Algunos ejemplos de lo que podemos hacer… Alcóxidos de Silicio Si(OR)4

Hidrólisis muy lenta Catálisis ácida o básica

El Método Sol-Gel Algunos ejemplos de lo que podemos hacer…

Ensayo 2

Ensayo 1 70

25

60

20

C - C0 (S)

C - C0 (S)

50

40

30

15

10

20

5

10

0 0

2000

4000

6000

0

8000

0

t (s)

2000

4000

t (s)

[H2O] (M)

8

2.8

1 (s-1)

5x10 -4

2x10-4

2 (s-1)

8.3x10 -3

2.9x10-3

6000

8000

El Método Sol-Gel Algunos ejemplos de lo que podemos hacer… H2O: 8 M NH3: 1 M

H2O: 2.8 M NH3: 1 M

H2O: 8 M NH3: 0.25 M

H2O: 15 M NH3: 1 M

El Método Sol-Gel Algunos ejemplos de lo que podemos hacer…

El Método Sol-Gel Algunos ejemplos de lo que podemos hacer…

El Método Sol-Gel Algunos ejemplos de lo que podemos hacer… Una de las aplicaciones más importantes del método sol-gel es la preparación de películas…

Métodos de preparación de películas • • • •

Dip-coating Spin-coating Spray-gel Electroforesis

• Equipamiento más sencillo • Mayor economía • Control químico de la (micro, nano)estructura

El Método Sol-Gel Algunos ejemplos de lo que podemos hacer…

Dip-coating

SiO2-TiO2 en vidrios autolimpiables

El Método Sol-Gel Algunos ejemplos de lo que podemos hacer…

Spin-coating

El Método Sol-Gel Algunos ejemplos de lo que podemos hacer…

Spray-gel Similar a Chemical Vapor Deposition, pero emplea soles en lugar de soluciones.

El Método Sol-Gel Algunos ejemplos de lo que podemos hacer…

Electroforesis O H

2

O H

2

O H

2

O H

T i

T i

T i

T i

O

O

O

O

2

O H

O

T i

T i

T i

T i

T i

T i

T i

T i

O

O

O

O

O

O

O

O

T i

T i

T i

T i

T i

T i

T i

M e d io m á s

O

-

O H

M e d io m á s

O

-

O H

Á c id o T i

-

O H

O

B á s ic o T i

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T i

T i

-