Síntesis, caracterización y teoría de nanoestructuras de óxido de zinc y cobre

Abstract

"Este trabajo de tesis esta dividido en cinco capítulos, en el primero se encuentra la introducción, en el segundo y tercero se muestra los resultados experimentales y en el cuarto los cálculos teóricos, por último, en el quinto capítulo se presenta el trabajo a futuro. Los capítulos experimentales describen los procesos de producción, síntesis y caracterización de nanoestructuras de Óxidos Metálicos y Nanotubos de Carbono mediante diferentes técnicas, tales como Microscopía Electrónica de Barrido, Microscopía Electrónica de Transmisión, mapeo de elementos mediante EDX, así también como Difracción de Rayos X. El segundo capítulo describe la síntesis y caracterización de microalambres de óxido de zinc y nanotubos de carbono sintetizados en un material compuesto. El material compuesto se obtuvo mediante técnicas de pulvimetalurgia, lo que incluye procesos tales como molienda mecánica, extrusión en caliente y tratamientos térmicos. Los microalambres fueron producidos en la superficie de un material compuesto de composición Zn77Al21Cu2 reforzado con 10% Cu68.5Sn31.5 a una temperatura de 300°C. Un subsecuente tratamiento térmico a 900°C propició la síntesis de nanotubos de carbono. La estructura de los nanotubos de carbono es grafítica, con una distancia interplanar que corresponde a la del grafito turbostrático (3.4Å). Su forma es del timpo bamboo y tienen partículas de Hierroen las puntas. La distancia interplanar en las partículas de hierro corresponde a la del Hierro (1.23Å) en el plano (110). Las partículas de Hierro provienen del desgaste de los viales utilizados en el proceso de molienda mecánica. La síntesis y caracterización de nanoestructuras a partir de la aleación Zn77Al21Cu2 en estado colada y en polvos se realizó mediante dos clases de tratamientos térmicos: Súbitos y escalonados. En el caso de la aleación Zn77Al21Cu2 en polvos las microestructuras sintetizadas son: Nanopeines y "nanoalambres". De acuerdo a los resultados del análisis químico medainte EDX, estas microestructuras son de Óxido de Zinc. A partir de la aleación Zn77Al21Cu2 en estado colada se sintetizaron nanolistones, nanofiores y tetrápodos de ZnO. Los parámetros de temperatura y tipo de tratamiento térmico determinan el tipo de microestructura sintetizada. Microestructuras del tipo barras, flores, tetrápodos de tamaños diferentes y tubos hexagonoales fueron obtenidas a partir del Zinc en laminilla."

"This thesis includes experimental results as well as theoretical studies. The first part of the work was focused in the synthesis and characterization of metallic oxides nanostructures such as ZnO. These nanostructures were synthesized from different sources. The chemical composition of the raw materials and the thermal treatments define the shape of the nanostructures. Processes as mechanical milling, hot extrusion and thermal treatments were carried out in order to synthesize the nanostructures. Carbon nanotubes and ZnO nanostructures were synthesized in the surface of the Zn77Al21Cu2 composite reinforced with 10% of Cu68.5Sn31.5 after thermal treatment at 900 °C in air. The Carbon nanotubes where also obtained with a typical bamboo structure with graphitic walls and interplanar distance of 3.4 Å that corresponds to the turbostratic graphite. The Iron particles at the tips of the nanotubes depict an interplanar distance of 1.213Å that is the distance between planes for Iron in the plane 110. Those Iron particles were added as contaminants in the milling process due to the wear of the Iron balls. Nanocombs and nanowires were produced in the alloy Zn77Al21Cu2 (powders) after sudden and gradual thermal treatments. In the case of the cast alloy Zn77Al21Cu2, nanoflowers, nanobelts, and tetrapods were synthesized. According to the EDX analysis these nanostructures are made of ZnO and CuO. Furthermore, microstructures such as rods, flowers, tetrapods of different sizes, and hexagonal tubes were produced after different thermal treatments in the laminated Zinc. In addition, microwires of ZnO were obtained after thermal treatments in ZnO powder. On the other hand, microstructures type whiskers were produced on the surface of the Cu wire. Finally, microflowers were synthesized in laminated Zinc plus laminated Cooper after thermal treatments. The last part of this work exhibits the results of the theoretical study on the electronic properties in ZnO nanostructures. The calculations were performed in the SIESTA code, using the density functional theory (DFT) with the local density approach LDA, in basis of the lineal combination of atomic orbital (LCAO). According to these study of electronic properties of ZnO nanoribbons the armchair ribbons were found to be the most stable. In addition, the zigzag ribbons containing an odd number of layers were found to be always metallic, however when the thickness or number of layers is even, the ribbons become semiconducting."