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Tesis

Plataformas mesoporosas para la síntesis de estructuras de Ag conductoras

2015



Tesista Diego Eugenio PÉREZ GAGNI
Diseñador Industrial Universidad Nacional de Cuyo - Argentina
Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
Directores Dr. Martín G. BELLINO, CNEA, CONICET - Argentna
Dr. Paolo N. CATALANO, CNEA, UBA, CONICET - Argentina
Lugar de trabajoDepartamento Micro y Nanotecnología - Gerencia Desarrollo Tecnológico y Proyectos Especiales - Centro Atómico Constituyentes - CNEA
Fecha Defensa 17/12/2015
Jurado Dra.Paula ANGELOMÉ, CNEA, UADE, CONICET - Argentina
Dra. Patricia BOZZANO, CNEA, UNSAM - Argentina
Dra. Adriana MARQUEZ, UBA, CONICET - Argentina
Código Código IS/T 162/15

Título completo

Plataformas mesoporosas para la síntesis de estructuras de Ag conductoras

Resumen

En este trabajo se llevó a cabo la fabricación y caracterización de una plataforma basada en un sistema multicapa de óxidos mesoporosos con inclusión de nanopartículas metálicas para su potencial utilización en dispositivos electrónicos. Se fabricaron películas mesoporosas SiO2 y TiO2 tanto simples (una capa) como sistemas multicapa mediante la técnica de sol-gel combinada con autoensamblado de surfactantes. Se sintetizaron selectivamente nanopartículas de Ag en el interior de la capa de TiO2 por la técnica de fotoreducción, y por último se depositaron contactos metálicos por sputtering. Las películas fueron caracterizadas a través de Microscopía Electrónica de Barrido y Transmisión, EDS, Porosimetría Elipsométrica Ambiental, Difracción de Rayos X en Incidencia rasante, Espectroscopía Raman, XPS y Espectroscopía UV-Visible y mediante curvas I-V se determinaron las propiedades de conducción eléctrica de los dispositivos.
A partir de una misma ruta de síntesis pero utilizando dos temperaturas distintas de tratamiento térmico (350ºC y 500ºC), se obtuvieron películas con diferentes mesoestructura y cristalinidad de la matriz porosa. Estas matrices se utilizaron para sintetizar diferentes nanoestructuras de Ag en su interior las que fueron evaluadas respecto a su conductividad eléctrica. Las películas sintetizadas a mayor temperatura resultaron simultáneamente las de mayor contenido de fase anatasa y mayor contenido de plata luego del proceso de fotocatálisis. Sin embargo, las películas sintetizadas a 350ºC exhibieron mejores propiedades de conducción eléctrica pese a la menor cantidad de plata presente. La evidencia conjunta parece señalar hacia la existencia de distribuciones de nanopartículas de menor tamaño y separación para las películas sintetizadas a 350ºC lo que indicaría un camino hacia el diseño racional para la optimización de la conductividad eléctrica de los dispositivos.
Palabras clave: películas, delgadas, mesoporosas, sol-gel, spin-coating, TiO2,SiO2, fotocatálisis, nanopartículas, Ag, conductividad.

Complete Title

Mesoporous platforms for the synthesis of Ag conductive nanostructures

Abstract

In this work, a mesoporous oxide multilayered system loaded with silver nanoparticles was synthetized and characterized, to asses it’s potential applicaction in the development of an electronic sensing-device. By combining sol-gel synthesis and molecular self-assembly both TiO2 and SiO2 monolayer and multilayer mesoporous thin films were prepared. Silver nanoparticles were selectively synthetized on the TiO2 layer by photoreduction and Ti/Cu Ohmic contacts were deposited by DC sputtering for electrical measurements. Both monolayer thin films and multilayered mesoporous devices were thoroughly characterized by Secondary Electron Microscopy, Transmission Electron Microscopy, EDS, GIXD, Raman spectroscopy, XPS and UV-Vis absorption spectroscopy.
By following a single synthesis route but varying the temperatures at which the thermal treatments were performed (350ºC and 500ºC) mesoporous thin films with different mesostructure and varying inorganic framework cristalinity degree were attained. These mesoporous inorganic matrices were used as photoreactors for the synthesis of different silver nanoparticle arrays and the electrical conductivity of the resulting systems was measured. Mesoporous thin films synthesized at higher temperature showed both higher anatase and silver content after the photocatalysis process. However, 350ºC synthesized mesoporous thin films exhibited better electrical conductivity, in spite of the lower silver loading. The whole of the evidence here gathered suggests the existence of smaller size and separation silver nanoparticle arrays when working with lower-temperature synthesized mesoporous thin films, pointing out a path for the rational design and optimization of the electrical conductivity in mesoporous based electronic devices.
Keywords: mesoporous, thin, films, sol-gel, spin-coating, TiO2,SiO2, photocatalysis, nanoparticles, Ag, conductivity.

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