Estudio de la influencia de la morfología de nanopartículas de ZnO en las propiedades finales de materiales compuestos

Abstract

El óxido de cinc (ZnO) es un material semiconductor con alta conductividad eléctrica, buena estabilidad térmica y química, alta transmisión óptica en el visible, y alta reflectancia en el infrarrojo. Estas propiedades lo posicionan como uno de los materiales más prometedores en el campo de la optoelectrónica. Si bien se han empleado diversos métodos de síntesis para la preparación de ZnO, resulta todavía difícil controlar el tamaño y morfología de las partículas de una manera simple. Una alternativa para la síntesis controlada de estos nanomateriales es el uso de métodos sonoquímicos. De esta manera, diferentes propiedades del ZnO pueden controlarse variando factores tales como potencia de sonicación, especies químicas o valores de pH en la mezcla de reacción. Los nanocompuestos poliméricos presentan propiedades eléctricas, ópticas y mecánicas diferentes que los compuestos tradicionales, debido a que el menor tamaño de los rellenos implica una mayor área superficial. En particular, el ZnO se puede añadir a una matriz polimérica para aumentar su constante dieléctrica y favorecer su utilización en circuitos integrados. En este trabajo se sintetizaron nanopartículas de ZnO mediante síntesis sonoquímica, a partir de precursores alternativos: solución acuosa de sulfato de cinc (ZnSO4) o de acetato de cinc (Zn(C2H4O2)2), a las cuales se les adicionó solución acuosa de hidróxido de sodio (NaOH) en distintas concentraciones. Los polvosobtenidos fueron analizados mediante los métodos de Difracción de Rayos X (DRX), Espectroscopía de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FTIR), Análisis Termogravimétrico (ATG), Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), Espectroscopía UV-Visible, y Área BET, para asegurar la formación de ZnO y analizar sus propiedades y las diferentes morfologías, con vistas a su aplicación en optoelectrónica, y para la formulación de nanocompuestos que puedan usarse como condensadores en circuitos integrados. Los resultados de caracterización mostraron que la cantidad de impurezas en los polvos, aumentaba a medida que el valor de pH de la mezcla de reacción disminuía. Las impurezas encontradas dependieron del precursor utilizado y del pH de trabajo. Las imágenes del SEM mostraron que se obtuvieron partículas de ZnO en el orden del nanómetro, y cuya morfología y tamaño variaba con el pH de reacción y con el precursor. Se pudo determinar que la síntesis de ZnO realizada a partir de Zn(SO4) resultó ser un proceso más sencillo, ya que a altos valores pH se obtuvo ZnO de bajo contenido de impurezas. Mientras que utilizando Zn(C2H4O2)2, fue necesaria la realización de un tratamiento térmico a 400ºC de los polvos, con el fin de eliminar fases secundarias, lo cual produjo un cambio en la morfología de las partículas.