Jóvenes a la Investigación 2009 - CNyN - UNAM

Jóvenes a la Investigación 2009 15 de junio – 3 de julio del 2009Síntesis de nanorodillos de ZnO por el método hidrotermalRoberto González Rodríguez 1 , Manuel Herrera Zaldívar 2Universidad de las Américas Puebla, Cholula, PueblaCentro de Nanociencias y Nanotecnología –UNAM Ensenada, B.C.RESUMENLas nanoestructuras en una dimensión exhiben interesantes propiedades ópticas y electrónicas. En este trabajo se llevó a cabo la síntesis de nanorodillos de ZnOpor el método hidrotermal, alterando su morfología por variaciones en la concentración del surfactante etilendimiana (EDA) y del pH en la síntesis, de 0.98 M a 2.96M y de 13 a 14, respectivamente. Nuestro estudio de CL reveló que los nanorodillos presentan una emisión de borde de banda centrada en 390 nm y una intensaemisión de defectos centrada en 600 nm. Los nanorodillos sintetizados con una concentración de EDA de 1.97M y pH = 13 presentan una mayor intensidad relativade la emisión de borde de banda, lo que indica que poseen mayor calidad cristalina que los sintetizados con diferentes concentraciones de surfactante.IntroducciónEl ZnO posee propiedades catalíticas, semiconductoras, optoelectrónicasy piezoeléctricas que le convierten en uno de los materiales másprometedores para la fabricación de dispositivos emisores de luz,transistores, láseres UV, sensores químicos, guías de onda, y celdassolares 1 . Dado que la síntesis de nanoestructuras de este semiconductorposibilita el incrementar su brecha de energía prohibida y su eficienciacuántica, 2 existe un enorme interés por mejorar los método de crecimientoactuales. Entre los métodos químicos para la síntesis de nanoestructurasde ZnO se encuentra el método hidrotermal, que ofrece las ventajas deser económico, operar a baja temperatura (100 C) y permitir sintetizar unagran variedad de nanoestructuras impurificadas con otros elementos. 3,4Las desventajas de este método radican principalmente en laincorporación indeseada de impurezas y en la inhomogeneidad de lamorfología de las nanoestructuras obtenidas.En este trabajo se han sintetizado nanorodillos de ZnO por el métodohidrotermal, y se muestra que la concentración del surfactante impacta demanera significativa en la morfología de los nanorodillos. Mostramosademás que el pH modifica ligeramente la morfología de los nanorodillos.La caracterización las muestras obtenidas se hizo usando microscopiaelectrónica de barrido (SEM), espectroscopía de energía dispersa (EDS) ycatodoluminiscencia (CL).acbdFig. 2. (a) Cristales irregulares de ZnO obtenidos con una concentración de EDA de 0.98 M.Las mediciones de EDS muestran un contenido de ZnO del 97%. (c) Nanorodillos regularesobtenidos con 1.97 M de EDA y (d) un contenido de ZnO del 96%.Desarrollo o descripción del trabajo realizadoLa síntesis consistió en dos etapas, la primera fue la síntesis de losnanorodillos de ZnO variando la concentración del surfactante utilizado(etilendiamina) en 0.98M, 1.97M y 2.96M con un pH de 13 y unatemperatura 100ºC, la reacción se dejó a reflujo durante 15hr.La otra etapa consistió en variar el pH de la reacción a 14 con unaconcentración de 1.97 M de EDA, 100 C y también durante 15 hrs.Fig. 3. (a) Nanorodillos en forma de conos truncados obtenidos con unaconcentración de EDA de 1.97 M y un pH de 14, con un contenido de ZnO del 99 %3500H2OEDA, 6ml, 12ml, 18mlNaOH --- pH=13T= 100ºCP= 1 ATMTiempo= 15 hr.Fig. 1. Esquema del sistemahidrotermal de nanorodillos de ZnOen reflujo a 100 C.Intensidad (u.a)pH = 1330001.97M EDA2500200015000.98M EDA10005002.96M EDA0-500350 400 450 500 550 600 650 700Longitud de onda (nm)Figura 3. La CL reveló que los nanorodillos presentanuna emisión de borde de banda centrada en 390 nm yuna intensa emisión de defectos centrada en 600 nm.Los nanorodillos sintetizados con 1.97M de surfactantey pH = 13 presentan una mayor intensidad relativa dela emisión de borde de banda, lo que indica queposeen mayor calidad cristalina que los sintetizadoscon diferentes concentraciones de surfactante.Fuentes de Información[1] Joydepp Dutta, Sunandan Baruah, “Hydrothermal growth of ZnO nanostructures”, Science and Technology of AdvancedMaterials 10 (2009) 013001[2] L. N. Dem’yanets, T. G. Uvarova, “Zinc Oxide: Hydrothermal growth of nano and bulk crystals and their luminescentproperties”, J. Mater Sc. 41 (2006) 1439-1444[3] Young Mu Oh, Kyung Moon Lee, Kyung Ho Park, “Correlating Luminescence from individual ZnO Nanostructures withelectronic Transport Characteristics”, Nanoletters 2007, Vol 7, No. 12 3681-3685.[4] Yu C. Chang and Lih j. Chen. “ZnO nanoneedles with enhanced and sharp ultraviolet cathodoluminescence peak”, J Phys.Chem. C 2007, 111, 1268-1272.[5] Imagenes del SEM, EDS y CL fueron tomadas en el CNyN.Agradecimientos:Proyecto PAPIME PE100409, PAPIIT-UNAM (IN107208).Centro de Nanociencias y Nanotecnología de la UNAMConclusiones•La concentración del surfactante afecta significativamente la estructura de losnanoalambres.•Un pH mas básico promueve la formación de cristales mas regulares.•El método hidrotermal es un método accesible para el crecimiento de nanoestructurasregulares.Ensenada, BC, México