Síntesis, propiedades físicas y dopado de micro- y nanoestructuras de Bi2O3 y MoO3

Resumen

El área de investigación dedicada al estudio de materiales de baja dimensionalidad presenta una creciente actividad tanto en lo que se refiere al estudio de sus propiedades físicas como a su integración en dispositivos con novedosas propiedades y aplicaciones. Este trabajo constituye una contribución al desarrollo de los procesos de síntesis de nano y microestructuras de MoO3 y Bi2O3, por el método de vapor ¿ sólido (V ¿ S) y al conocimiento de varias de sus propiedades estructurales y físicas en relación con las potenciales aplicaciones de estos importantes óxidos y de estructuras compuestas de los dos materiales.El Bi2O3 es un material polimorfo con un intervalo de energía prohibida ancho, una buena respuesta fotoconductiva, y además, se presenta como uno de los materiales con mejor conductividad iónica a alta temperatura (1.5 Scm-1). Por otro lado, el MoO3 es actualmente uno de los óxidos laminares más importantes. Sus iones presentan una gran capacidad para cambiar su estado de oxidación o coordinación, haciendo a este material un buen candidato para numerosas aplicaciones. De manera análoga a otros óxidos semiconductores, en los últimos años ha aumentado el interés por sintetizar mediante distintos métodos de crecimiento, nano y microestructuras de ambos óxidos. En este trabajo se han obtenido estructuras alargadas, micro y nanohilos de Bi2O3, así como nanoplacas de MoO3, determinando los parámetros adecuados (temperatura, tiempo y atmósfera de crecimiento) para la obtención de las mismas. Además, se ha dopado de manera efectiva mediante implantación iónica las estructuras de Bi2O3 y MoO3, con elementos de interés para aplicaciones ópticas, en concreto, europio y erbio, determinándose las condiciones óptimas de implantación, y de activación de la emisión de los iones implantados.Debido a los escasos trabajos dedicados al estudio de la luminiscencia del Bi2O3, se ha investigado esta propiedad en las distintas muestras obtenidas.Se ha estudiado la transformación de fase ¿ ¿ ¿ del Bi2O3 mediante irradiación láser en nanohilos y cerámicas de Bi2O3. Otra propiedad física del Bi2O3 dependiente de la fase en la que se presente el material es la conductividad eléctrica, habiéndose investigado la conductividad de nanohilos y cerámicas de Bi2O3 en función de la temperatura, siguiendo además, la evolución de las fases cristalinas mediante medidas complementarias de difracción de rayos X.Además, se ha investigado el comportamiento de los nano y microhilos como resonadores mecánicos y se ha determinado el módulo de Young llevando a cabo medidas dinámicas de resonancia in ¿ situ en un SEM.Finalmente, a partir del conocimiento estructural y físico de las nanoestructuras de Bi2O3 y MoO3 se han crecido y caracterizado nanoestructuras complejas de ambos materiales.Para estudiar la morfología, estructura, composición y las propiedades físicas de las muestras se ha utilizado un amplio conjunto de técnicas. La morfología de las muestras crecidas se ha estudiado mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). La topografía de las nanoplacas implantadas con tierras raras se caracterizó mediante microscopía de fuerzas atómicas (AFM). El estudio de la composición se llevó a cabo mediante medidas de microanálisis de rayos X en un SEM y en un TEM. La estructura de las muestras se analizó mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM y HRTEM), microscopía Raman en un microscopio confocal, difracción de rayos X (XRD) y difracción de electrones retrodispersados (EBSD) en un SEM. Mediante medidas de espectroscopia de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS) y absorción de rayos X (XAS) con radiación sincrotrón, se han estudiado los estados de oxidación de los distintos elementos en la superficie de las estructuras. Las propiedades ópticas se investigaron mediante catodoluminiscencia (CL) en un SEM y micro ¿ fotoluminiscencia (µ - PL) en un microscopio confocal.