Development of photonic gas sensors based on porphyrin-metal oxide nanostructured thin films obtained by glancing angle deposition

Abstract

Hoy en día existe un gran interés tecnológico y científico por el estudio y desarrollo de nuevos materiales nanoestructurados en los que podemos predecir y controlar sus propiedades para su uso en una aplicación tecnológica. Un ejemplo muy interesante de materiales compuestos nanoestructurados o 'nanocomposites' son aquellos fabricados mediante una estrategia denominada 'host-guest' (huésped-anfitrión) compuestos de matrices de óxidos en los cuales se incorpora el material activo para obtener la funcionalidad requerida, ya sean nanopartículas metálicas, colorantes orgánicos, puntos cuánticos, etc, a escala nanométrica. Esto materiales presentan grandes posibilidades de aplicación en campos tales como microelectrónica, sensórica, ingeniería química y bioquímica, etc. Materiales híbridos son aquellos que se componen de dos sustancias, normalmente una orgánica y otra inorgánica. Estos materiales híbridos son muy versátiles en cuanto a su composición, procesado y propiedades ópticas y mecánicas. De las interacciones superficiales entre las matrices de óxido y el material incorporado se derivan características singulares que dependen en gran medida de la presencia de defectos, gradientes composicionales, rugosidad y microestructura, que juegan un papel vital en la funcionalidad de estos nuevos materiales. El hecho de poder fabricar materiales nanoestructurados altamente porosos supone maximizar el área superficial accesible, lo que conduce a la posibilidad de poder incorporar materiales activos en el interior de los poros. Esta propiedad ha sido muy útil en catálisis, absorción, purificación y almacenamiento de gases, en el desarrollo de materiales aislantes en la industria de los semiconductores y en aplicaciones ópticas. Las películas delgadas matrices de óxido se prepararán mediante técnicas de Evaporación Electrónica a Ángulos Rasantes (GLAD-PVD) o Magnetron Sputtering (MS) en la configuración Ángulo Rasante. Estas dos técnicas de fabricación de películas micrométricas de alto vacío permiten la obtención de capas delgadas nanoestructuradas de espesor controlado. Una vez preparadas las películas anfitrionas según se ha indicado anteriormente se procede a la incorporación de un determinado material activo o material huesped. Los materiales activos que se estudiaran en esta tesis son moléculas orgánicas de la familia de las porfirinas. Dentro de la gran cantidad de las aplicaciones que dan lugar estos materiales híbridos nanoestructurados, el presente trabajo se centra en el desarrollo de sensores de gases fotónicos basados en una matriz porosa de óxido metálico, donde los poros están abiertos, que actúa de material anfitrión o matriz y un material huésped activo que se incorpora a los poros de la matriz.