Fabricación electroquímica de nanoestructuras de zirconia usando moldes de alúmina nanoporosa

Abstract

Este trabajo describe la fabricación de nanoestructuras de zirconia usando moldes de alúmina nanoporosa por el método electroquímico proponiendo un mecanismo de crecimiento de las nanoestructuras resultantes a través de la matriz de alúmina nanoporosa usada como patrón y calculando una relación de aspecto (largo/ancho) de dichas nanoestructuras. Para el logro de los objetivos se hace uso de microscopio electrónico de barrido (SEM), espectroscopia de energía dispersiva (EDS), difracción de rayos X (DRX), difracción de rayos X por incidencia rasante (GIXRD), fotoluminiscencia, mediciones cronoamperométricas y espectrofotometría de fluorescencia. Los sustratos utilizados son: alúmina nanoporosa comercial y silicio tipo p orientación (100). La primera parte del trabajo se basa en el depósito por sputtering de zirconio metálico sobre el sustrato de alúmina nanoporosa comercial y de zirconio metálico y aluminio sobre el sustrato de silicio siendo los espesores diferentes para cada una de las configuraciones. Para el primer caso del sustrato de alúmina nanoporosa comercial, se depositaron 25 µm de zirconio resultando una película frágil, quedando preparada la muestra para ser anodizada. El anodizado de zirconio a través de la matriz de alúmina nanoporosa se hizo en una solución 1 M H2SO4+0,047 M NaF con un potencial constante de 20 V durante una hora. Para el segundo caso del sustrato de silicio tipo p con orientación (100), se depositan 500 nm de zirconio y posteriormente se hizo un segundo depósito de 500 nm de aluminio sobre la película de zirconio, quedando preparada la muestra para un doble anodizado, un primer anodizado sobre el aluminio para generar porosidad (alúmina nanoporosa) e interfaz alúmina - zirconio. Para este segundo caso es importante obtener porosidad en el primer anodizado debido a que este primer proceso lleva a generar una matriz de poros que servirán como molde para el ataque electroquímico a la película subyacente (zirconio), así el segundo anodizado se efectúa a través de la matriz de poros de alúmina hacia el zirconio y generar nanoestructuras de zirconia. El doble anodizado (aluminio - zirconio) se lleva a cabo en una solución 0,3 M de H2C2O4 haciendo variaciones de los potenciales: uno, con potenciales abiertos 40 150 V y otro anodizado con potencial constante (40 V) en el mismo electrolito. Para el primer caso, en la configuración alúmina nanoporosa comercial - zirconio se obtienen nanoestructuras de óxido de zirconio tipo barras. Dichas nanoestructuras presentan dificultad de caracterización debido a la fragilidad que presenta la muestra después del depósito de zirconio. Para el segundo caso las nanoestructuras de zirconia son cristalinas, comprendiendo la coexistencia de las fases monoclínica y tetragonal, para este último fenómeno se exponen razones por las cuales se atribuye la formación de la fase tetragonal metaestable y se confirma mediante las técnicas de caracterización de fluorescencia y fotoluminiscencia.