Deposición de nanoestructuras TiO₂ mediante "láser ablation" de pulso corto

Abstract

En esta Tesis Doctoral se estudian procesos de formación de nanoestructuras de dióxido de titanio (TiO2) mediante técnicas láser: deposición por láser pulsado (PLD) y laser induced forward transfer (LIFT). TiO2 es un semiconductor de banda ancha (3.0 eV en rutilo y 3.2 eV en anatasa) y un eficaz fotocatalizador de gran interés en tecnología e industria. Dependiendo de las condiciones de deposición, que incluyen los parámetros de irradiación láser, la atmósfera de deposición y la naturaleza de lo s substratos, las estructuras obtenidas por PLD pueden mostrar distintas morfologías superficiales, desde nanoestructuras (puntos cuánticos, nanorods etc.) a multicapas y exhibir distintas formas cristalinas. Debido a estas posibilidades, los depósit os pueden tener diferentes propiedades físico químicas. En esta Tesis se han estudiado procesos de formación de nanoestructuras de TiO2 en substratos de Si (100), dióxido de estaño dopado con flúor (FTO) y quarzo, explorando diferentes longitudes de onda de excitación, desde el ultravioleta (UV) al infrarrojo (IR) y duración de pulsos de nanosegundos (ns) y femtosegundos (fs). Estos estudios permiten el desarrollo de nuevos materiales, basados en TiO2 con aplicaciones tales como células solares, recubrimientos autolimpiables o sensores medioambientales. En la primera parte de la Tesis se aborda el estudio de la pluma de ablación de TiO2, propagándose en vacío o en atmósfera de oxigeno de 0.05 Pa, inducida por irradiación del blanco de TiO2 con láser pulsado de Nd:YAG con duracion de pulsos en el rango de los ns. Los experimentos se realizaron utilizando las longitudes de onda de 266, 355 y 532 nm con una fluencia de 4 J/cm2. Se examinaron los procesos inducidos tras la irradiación láse r utilizando espectroscopía de emisión óptica, que permite registrar las emisiones con resolución espectral, temporal y espacial. Para caracterizar la dinámica de la pluma luminosa se midió la velocidad de propagación y se calculó la temperatura y de nsidad de electrones, asumiendo equilibrio termodinámico local en la expansión. Los resultados obtenidos muestran que la pluma está compuesta por una mezcla de especies atómicas neutras de Ti y O e iones de Ti. Se observó que en atmósfera de oxígeno se atenúa la excitación de la pluma y el plasma presenta un grado de ionización más bajo, que se manifiesta por la mayor presencia de neutros y la menor densidad de electrones. En segundo lugar se investigó la influencia de los parámetros láser en la