Síntesis y caracterización de micro y nanomateriales de compuestos basados en óxido de galio

Resumen

En el presente trabajo de tesis doctoral se estudian algunas de las propiedades físicas más relevantes de nanomateriales basados en óxido de galio (Ga2O3). Este material pertenece a la familia de los o¿xidos conductores transparentes (TCO). El Ga2O3 es un semiconductor que presenta una banda de energía prohibidas muy ancha, principal propiedad por la que se le conoce y posee diversas aplicaciones como por ejemplo fotodetectores de ultravioleta (UV) ciegos a la radiación solar o electrónica de alta potencia. En este trabajo de se estudiarán dos polimorfos del óxido de galio así¿ como compuestos basados en el mismo. En este trabajo de se estudiarán dos polimorfos del óxido de galio así¿ como compuestos basados en el mismo. Se ha llevado a cabo la síntesis de la fase betha y gamma, obteniendo nanopartículas, a las cuales se les ha realizado un una caracterización de la estructura cristalina mediante técnicas como la difracción de Rayos X (XRD), espectroscopi¿a Raman e imágenes mediante microscopi¿a electrónica de transmisión (TEM). Adema¿s, se ha llevado a cabo un estudio de la luminiscencia a temperatura ambiente de ambas fases mediante catodoluminiscencia (CL), fotoluminiscencia (PL), PL de excitación (PLE) y PL resuelta en tiempo (TR-PL) dando lugar a una caracterización de las principales emisiones de las dos fases, asi¿ como del gap que presentan. Así¿ mismo, se ha llevado a cabo un estudio novedoso sobre la implementación de las nanoparti¿culas de las dos fases de Ga2O3 en una matriz polimérica obteniéndose un material compuesto (composite), con el fin de pasivar la superficie de Si para aplicaciones en células solares. Una de las partes más novedosas del presente trabajo es la síntesis mediante el método cerámico y el estudio de una serie de materiales basado en Na2O, Ga2O3 y TiO2. Esta serie sigue la fórmula NaxGa4+xTin-4-xO2n-2 (NGTO) x siendo 0.7 ó 0.8 y n indica el número del término estudiado (n=5, 6 y 7). Una de las principales características que posee este material, es la presencia de unos túneles orientados a lo largo de una dirección cristalina especifica, donde se incorpora el ión Na+, lo que le confiere la capacidad de ser un buen conductor io¿nico. Se ha realizado un análisis estructural y químico mediante te¿cnicas ya mencionadas anterior ment. Además, se presenta el estudio de las propiedades ópticas mediante CL, PL y PLE a temperatura ambiente, con las que se han observado emisiones en el rango de UV-visible-IR, asi¿ como la obtención del gap de estos materiales. De estas últimas técnicas, se ha realizado un estudio a varias temperaturas en un rango de 4K hasta temperatura ambiente, el cual ha permitido obtener información sobre los niveles electrónicos que dan lugar a transiciones ópticamente activas de los compuestos de esta serie. Con el objetivo de completar el estudio, se han comparado los resultados experimentales con los obtenidos mediante cálculos DFT. Por último, otro de los materiales poco conocidos hasta el momento y que presenta unas propiedades muy interesantes es la serie obtenida a partir de LiNO3, Ga2O3 y TiO2. Se ha llevado a cabo la síntesis mediante intercambio de iones de sodio a partir de la serie NGTO, por iones de litio, lo cual da como resultado la serie con fórmula LixGa4+xTin-4-xO2n-2 (LGTO) con x siendo 0.7 o¿ 0.8 y n= 5, 6 y 7. Se ha realizado un estudio estructural y composicional empleando. Se ha realizado por primera vez un estudio de las propiedades ópticas de estos materiales tanto a temperatura ambiente como a 4K mediante técnicas como CL, PL y PLE. Se ha podido obtener el valor del gap de los tres términos, además de las emisiones que presentan y la obtención del gap de cada término. En esta parte del trabajo se han ido comparando los resultados de los datos obtenidos en estas muestras con las de la serie de NGTO, debido a que no hay publicaciones previas sobre estas propiedades físicas de la serie LGTO.