Nanoestructuras de ZnO
Las nanoestructuras de óxido de zinc (ZnO) son estructuras con al menos una dimensión en la escala nanométrica, compuestas predominantemente por óxido de zinc. Pueden combinarse con otras sustancias compuestas para cambiar la química, la estructura o la función de las nanoestructuras con el fin de ser utilizadas en diversas tecnologías. Se pueden sintetizar muchas nanoestructuras diferentes a partir de ZnO utilizando procedimientos simples y relativamente económicos. [1] El ZnO es un material semiconductor con una energía de intervalo de banda ancha de 3,3 eV y tiene el potencial de ser ampliamente utilizado en la nanoescala. Las nanoestructuras de ZnO han encontrado usos en fines ambientales, tecnológicos y biomédicos, incluidas funciones ópticas ultrarrápidas, células solares sensibilizadas por colorante ,baterías de iones de litio , biosensores , nanoláseres [2] y supercondensadores . [3] Se están realizando investigaciones para sintetizar nanoestructuras más productivas y exitosas a partir de ZnO y otros compuestos. [3] Las nanoestructuras de ZnO son un campo de investigación en rápido crecimiento, con más de 5000 artículos publicados entre 2014 y 2019. [4]
ZnO crea una de las más diversas gamas de nanoestructuras, y hay una gran cantidad de investigación sobre diferentes rutas de síntesis de varias nanoestructuras de ZnO. [1] Los métodos más comunes para sintetizar estructuras de ZnO son la deposición química de vapor (CVD), que se utiliza mejor para formar nanocables y estructuras en forma de peine o de árbol. [1]
En los procesos de deposición de vapor, el zinc y el oxígeno se transportan en forma gaseosa y reaccionan entre sí, creando nanoestructuras de ZnO. Otras moléculas de vapor o catalizadores sólidos y líquidos también pueden estar involucrados en la reacción, lo que afecta las propiedades de la nanoestructura resultante. Para crear directamente nanoestructuras de ZnO, se puede descomponer el óxido de zinc a altas temperaturas donde se divide en iones de zinc y oxígeno y, cuando se enfría, forma varias nanoestructuras, incluidas estructuras complejas como nanocinturones y nanoanillos. [5]Alternativamente, el polvo de zinc se puede transportar a través del vapor de oxígeno que reacciona para formar nanoestructuras. Otros vapores como el óxido nitroso o los óxidos de carbono se pueden usar solos o en combinación. Estos métodos se conocen como procesos vapor-sólido (VS) debido a los estados de sus reactivos. Los procesos de VS pueden crear una variedad de nanoestructuras de ZnO, pero su morfología y propiedades dependen en gran medida de los reactivos y las condiciones de reacción, como la temperatura y las presiones parciales de vapor. [1]
Los procesos de deposición de vapor también pueden usar catalizadores para ayudar al crecimiento de nanoestructuras. Estos se conocen como procesos de vapor-líquido-sólido ( VLS ) y utilizan una fase de aleación líquida catalítica como un paso adicional en la síntesis de nanoestructuras para acelerar el crecimiento. [6] La aleación líquida, que incluye zinc, se une a semillas nucleadas hechas generalmente de oro o sílice. La aleación absorbe el vapor de oxígeno y se satura, facilitando una reacción química entre el zinc y el oxígeno. La nanoestructura se desarrolla a medida que el ZnO se solidifica y crece hacia afuera desde la semilla de oro. Esta reacción se puede controlar en gran medida para producir nanoestructuras más complejas modificando el tamaño y la disposición de las semillas de oro y de las aleaciones y los constituyentes del vapor. [1]
También se puede sintetizar una gran variedad de nanoestructuras de ZnO por crecimiento en una solución acuosa, lo cual es deseable debido a su simplicidad y baja temperatura de procesamiento. [7] Se utiliza una capa de semillas de ZnO para comenzar un crecimiento uniforme y garantizar que los nanocables estén orientados. Se hace reaccionar una solución de catalizadores y moléculas que contienen zinc y oxígeno y las nanoestructuras crecen a partir de la capa de semillas. Un ejemplo de tal reacción implica la hidrólisis de ZnO (NO 3 ) 2 (nitrato de zinc) y la descomposición de hexametiltetramina (HMT) para formar ZnO. [1] La alteración de la solución de crecimiento y su concentración, temperatura y estructura de la capa de semillas puede cambiar la morfología de las nanoestructuras sintetizadas. [8] [1] Se pueden crear nanobarras , matrices de nanocables alineados, nanocables con forma de flor y de disco y matrices de nanocinturones, junto con otras nanoestructuras, en soluciones acuosas variando la solución de crecimiento. [7]
