Synthesis and new properties of nanostructured zinc oxide, carbon and other layered materials.

Abstract

"Existe una gran expectativa de que la Nanotecnologia impacte de manera positiva la calidad de vida a través de las nuevas aplicaciones que se deriven de esta.Dichas aplicaciones estarán basadas en fenómenos y características de los materiales que sólo es posible encontrar a escalas nanométricas. Quizas las más importantes aplicaciones sean en 1) medicina, desde mejores herramientas de diagnóstico, hasta mejores medicinas con blancos específicos y hechas a la medida; 2) en problemas de alto impacto social,como remediación de agua, aire y suelo; 3) en materiales para fuentes alternas de energía; y 4) en la industria de semiconductores para sostener la llamada Ley de Moore del escalamiento del tamaño y la capacidad de los elementos de procesamiento.en este trabajo de tesis se han atendido problemas específicos que de alguna u otra manera contribuyen al desarrollo de las aplicaciones esperadas de la Nanotecnologia. En particular,se ha contribuido al desarrollo de dos áreas principalmente: 1) la ciencia del óxido de zinc a nanoescala, y 2) la ciencia del carbono a nanoescala. El carbono, sin lugar a dudas, es el material que más ha sido estudiado en el área de Nanociencias y Nanotecnología, debido, en parte, a la flexibilidad de su química. Tal vez, el segundo material más estudiado es el óxido de zinc (ZnO). Esto es debido a la combinación de sus propiedades: es un semiconductor de brecha prohibida ancha con propiedades ópticas interesantes; presenta propiedades mecánicas interesantes; y es, en principio, un material inofensivo para la salud humana y para el medio ambiente. En este trabajo se optimizó la síntesis de nanoestructuras de ZnO en una dimensión utiliznado un método limpio de baja temperatura y de bajo costo. Esta técnica de síntesis y este material se utilizó para hacer un compósito de ZnO con celulosa, de cual se investigaron sus propiedades piezoeléctricas y piroeléctricas. Los dispositivos construidos a partir de este material compósito son capaces de generar energía eléctrica cuando se someten a excitación mecánica por medio de ondas ultrasónicas, o a gradientes de temperatura."

"Nanotechnology is espected to impact the quality of life through many of the novel applications that it will enable. These applications will take advantage of features that are only feasible at the nanoscale. The most important applications are in medicine from better tools for diagnosis, to improved, customΙmade, and specifically targeted drugs; in problems of high social impact such as water, air and soil remediation, and alternative sources of renewable energy; and in the semiconductor industry to try to keep up with the soΙcalled Moore´s Law of the scaling of the size and power of processing units. In this Thesis work we have addressed punctual problems that in some way or another try to contribute to the development of the expected applications of nanotechnology. In particular, we have contributed to the development of mainly two areas: 1) nanoscale !inc oxide science, and Β) nanoscale carbon science. Carbon is, without a doubt, the material which has the most intense research activity in nanoscience and nanotechnology, because of its flexible chemistry. The second most studied material in nanoscience and nanotechnology is probably zinc oxide (ZnO). This is due to the combination of mainly three facts: it is a wide band gap semiconductor with interesting optical properties; it has interesting mechanical properties; and it is, in principle, innocuous to human health and to the environment. We optimi!ed a method for the synthesis of ZnO nanorods using a low temperature, low cost and clean approach. We used this material to make a composite with cellulose and probed its pie!oelectric and pyroelectric response. The constructed devices are capable of generating electricitt when excited with ultrasonic waves or temperature gradients. Through first principles calculations, we have contributed to the understanding of ferromagnetism in non-doped ZnO and in ZnO doped with nonΙmagnetic atoms; Our results suggest that the observed properties are very sensitive to the environment of the atoms at the surface."