Obtención de recubrimientos semiconductores de ZnO para aplicaciones como sensor de gas

Abstract

En este trabajo se obtuvieron polvos de ZnO, mediante el proceso de mecanosíntesis, utilizando cloruro de zinc y carbonato de sodio como materiales precursores y cloruro de sodio como diluyente. El tiempo de molienda fue de 20, 40 y 60 minutos. Los polvos obtenidos fueron tratados térmicamente a 400 °C por dos horas. Utilizando los polvos obtenidos de ZnO y mezclándolos con etanol, terpineol y etilcelulosa, manteniendo una relación de 0,5 g de ZnO en 10 ml de etanol, 0,15 g de etilcelulosa y 4,06 g de terpineol, se obtuvo una suspensión coloidal. Esta suspensión fue evaporada en un rotavapor hasta la obtención de una pasta, la cual fue utilizada para ser depositada sobre el sustrato de vidrio por la técnica de screen printing y así obtener recubrimientos de ZnO. Los recubrimientos de ZnO fueron secados a 120 °C y tratados térmicamente a 400 °C. A los polvos obtenidos de ZnO y los recubrimientos de ZnO, se les analizaron sus propiedades ópticas, morfológicas y estructurales por técnicas de caracterizaron las cuales fueron difracción de rayos X, espectroscopia FTIR, perfilometría de contacto, espectroscopia RAMAN, microscopia electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM) y espectroscopia UV-Vis. Con los resultados obtenidos, se deduce que la red cristalina del ZnO tiene estructura hexagonal tipo wurtzita, con naturaleza policristalina y que está en forma de nanopartículas de 15 – 50 nm de diámetro, con defectos como vacancias de oxígeno y Zn intersticial. Para el caso de los recubrimientos, están bien adheridos al sustrato con una rugosidad superficial de 35 - 50 nm, con espesores en el rango de aprox 1.25 - 1.5 µm. El bandgap obtenido de 3.18 eV, fue esencial en la aplicación de sensor de gas. Ya que los recubrimientos en presencia de gas H2S mostraron un tiempo de respuesta en el rango de 400 - 550 segundos y un tiempo de recuperación de 70 – 115 segundos. Lo cual es un resultado favorable, ya que estos materiales pueden funcionar en un sistema de alerta de gas.