Multimode Ripples

El óxido de Cobalto, debido a sus propiedades ópticas únicas, en los recubrimientos solares selectivos mejoran la eficiencia térmica de convertidores fototérmicos solares. Por lo tanto, es interesante estudiar sus propiedades ópticas para su aplicación como recubrimientos solares selectivos. [24]

Las películas delgadas de óxido de cobalto se prepararon por la técnica de sol-gel y se analizaron sus propiedades ópticas como función del tiempo de inmersión del sustrato en el sol. Los resultados indicaron que la microestructura de la película se asemeja a una pila multicapa con huecos. Observando las características morfológicas, las muestras crecidas en función del tiempo de inmersión y recocidas a 400 °C presentan una diferencia significativa en la morfología superficial de acuerdo con la dimensión tridimensional. Por el contrario, no se observan diferencias en la rugosidad de la superficie. A partir de estos resultados, el Co3O4 y los

porcentajes de huecos en la película fueron estimados. Se determinó que tanto el espesor de película delgada como la relación de porcentaje de vacío/Co3O4 dependen

del tiempo de inmersión. Además, se encontró el espesor total de una película multicapa para ser la suma del espesor de cada capa individual. La preparación de películas delgadas de óxido de cobalto ha ido evolucionando cada vez más debido a sus varias propiedades. Para realizar la preparación de dichas películas delgadas se aplica diferentes técnicas como la inmersión de sol – gel, se observa además que mientras más sea el número de inmersiones el tamaño del grano aumenta, la energía de banda prohibida va decreciendo de 2.2 eV a 1.5 eV para transiciones directas y 1.25 eV a 1.3 eV para transiciones indirectas, siendo así que su coeficiente de absorción aumenta con el tiempo de recocido [4]. Otra técnica para la preparación de películas delgadas es la de rociado pirolítico o Spray Pirolisis con una solución acuosa de cloruro de cobalto hidratado, bajo la influencia de diferentes temperaturas, la concentración molar influye en las propiedades estructurales, morfológicas y ópticas de las películas delgadas de Co3O4. Dichas propiedades son analizadas por

difracción de rayos X (DRX), espectroscopia Raman y Microscopia electrónica de barrido, habiéndose encontrado el óxido de cobalto este presenta una estructura cristalina tipo cubica espinal, en el difractograma de DRX, la transmisión óptica varia en un rango de la longitud de onda de 300 – 1500 nm y una transmisión óptica del

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70% en el visible y cerca del infrarrojo. Siendo las películas delgadas un material prometedor para usar como material electrocrómico en dispositivos de ventanas inteligentes [2].

C.E. Barrera [5], utilizó elipsometría espectroscópica y microscopía de fuerza atómica para analizar las propiedades ópticas, microestructurales y el espesor de películas delgadas de óxido de cobalto depositadas sobre sustratos metálicos mediante el método de la inmersión en sol-gel. Los datos elipsométricos se ajustaron convenientemente, suponiendo una estructura estratificada para la película depositada, que consiste en una subcapa de óxido nativo que fue recubierta con una película de Co3O4 de dos capas. Las curvas de dispersión (índices de refracción y los

coeficientes de extinción) informan que en el rango de energía del fotón es de 1.5- 4.5 eV.

Se ha empleado una ruta de recubrimiento Sol-gel por inmersión para sintetizar películas delgadas de óxido de cobalto sobre sustratos de vidrio. La preparación de Sol se llevó a cabo usando nitrato de Co (II), agua, ácido acético y NH4OH. El Sol

se agitó durante 4 horas a temperatura ambiente y envejeció durante 24 horas antes de la deposición de películas delgadas sobre sustratos de vidrio bien limpios. El proceso de deposición se repitió cambiando la velocidad de extracción de 100 y 200 mm/s. Luego las películas delgadas se secaron a temperatura ambiente, calcinadas a 700 °C durante 4 horas. Las películas obtenidas se caracterizaron mediante XRD, espectrofotometria UV-Vis, magnetometría de muestra vibrante (VSM), microscopía electrónica de barrido y espectroscopia de Infrarrojo por Transformada de Fourier, (FTIR). Al aumentar la velocidad de extracción del sustrato, la transmisión y el ancho de banda decrece debido al aumento del espesor de la película de Co3O4, mostrando

ferromagnetismo a temperatura ambiente y las propiedades magnéticas aumentan al aumentar el espesor de las películas delgadas, SEM muestra la superficie porosa de las películas [29].

El óxido de cobalto y las películas delgadas compuestas se sintetizaron mediante la técnica de recubrimiento por giro, seguido del calentamiento a 500 °C en atmósferas oxidantes, inertes o reductoras. Soluciones metanólicas de complejos de trietanolamina de acetatos de cobalto y nitratos. Se usaron cuatro diferentes

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concentraciones para investigar la influencia de la concentración en el espesor de la película. Después de la disolución en metanol (MeOH), el agente complejante trietanolamina (TEA) se añadió bajo agitación. Se investigó la influencia de la velocidad de centrifugado (1000, 2000 y 3000 RPM) en el espesor de la película, con tratamiento térmico a 500 °C. Se utilizaron contenidos de atmósferas inertes, oxidantes y reductoras: Nitrógeno que fluye (N2) o argón (Ar), aire u oxígeno (O2),

y Argón con 10% de hidrógeno (Ar/H2), respectivamente. Una atmósfera débilmente

oxidante de nitrógeno con el 1% de oxígeno que se utilizó para algunas muestras para los estudios del efecto en las relaciones de fase de cambios de atmósferas desde inerte a oxidantes durante el enfriamiento, fue realizado en películas preparadas a partir de soluciones de 1.0 M o 0.75 M a 3000 rpm. Para estudiar el proceso de descomposición durante el tratamiento térmico, el análisis termogravimétrico (TGA) fue realizado en atmósfera inerte (Ar) y oxidante (O2). Se analizó la morfología y el

espesor de las películas en un microscopio electrónico de barrido. La identificación de las fases cristalinas en las películas se hizo con difracción de rayos X de ángulo rasante (GIXRD). Para evitar la oxidación por exposición al aire, algunas muestras se calentaron en atmósfera inerte y reductora, tomándose directamente del horno, y se midió GIXRD utilizando un porta-muestras equipado para protección atmosférica. Los resultados indican que las propiedades químicas y físicas pueden ser controladas a través del control del espesor y las composiciones de fase en el óxido de cobalto y las películas compuestas. Esto es interesante para aplicaciones prácticas tales como catálisis, así como para estudios fundamentales de magnetismo en nanosistemas [30].

Películas delgadas de Co3O4 se depositaron sobre sustratos de vidrio amorfo

mediante un método de rociado pirolítico y recocidas a una temperatura entre 300 y 500 °C. La caracterización de las muestras se llevó a cabo mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía UV-VIS y conductividad eléctrica. Los resultados mostraron que todas las películas eran de estructura cúbica tipo espinela policristalina. La orientación preferida de los cristalitos cambió desde (111) para las películas depositadas a (311) después del recocido. Las imágenes de SEM mostraron tamaños de granos nanocristalinos con estructura porosa. La transmitancia óptica y la conductividad eléctrica aumentaron ligeramente al aumentar la temperatura de recocido, lo que indica una mejora de la

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continua mostró que el mecanismo dominante de conducción fue el salto de portadores de cargas entre los estados localizados que dio evidencia de un mecanismo de transporte basado en el salto de rango variable de Mott tridimensional. El tamaño medio del cristalito aumentó de 40 a 48 nm con el incremento de la temperatura recocido de 300 a 500 °C, indicando un incremento en la calidad estructural. Las imágenes SEM mostraron heterogeneidad en las superficies con granos y estructura porosa. La transmitancia y la conductividad eléctrica se incrementaron ligeramente con el aumento de la temperatura de recocido, lo que indica una mejora de las propiedades óptica y eléctrica de estas películas delgadas [19].

Una estrategia simple para mejorar considerablemente la alta tasa de capacidad de los electrodos de matriz de los nano-cables de Co3O4 mediante la carga uniforme

de nano-partículas de Ag en las superficies de los nano-cables de Co3O4 a través de

la reacción de espejos de plata. Las nano-partículas de plata son altamente conductoras eléctricas que funcionan como una red para el fácil transporte de electrones entre los colectores de corriente (sustratos Ti) y los materiales activos de Co3O4. Se ha logrado una alta y notable capacidad mediante este enfoque sencillo.

Estos nuevos electrodos compuestos de nano-cables de Co3O4-Ag tienen un gran

potencial para aplicaciones prácticas en supercondensadores de pseudo-tipo, así como en baterías de iones de litio [31].

Patil y col. [16] prepararon películas delgadas de Co3O4 sobre sustratos de vidrio

usando la técnica de sol-gel por spin coating. El efecto de la temperatura de hibridación (400 °C - 700 °C) sobre las propiedades estructurales, morfológicas, eléctricas y ópticas de las películas delgadas de Co3O4 se estudió por DRX, SEM,

conductividad eléctrica y espectroscopia UV-Vis. Las mediciones de XRD mostraron que todas las películas están nano-cristalizadas en la estructura de espinela cúbica y presentan una orientación aleatoria, observándose seis picos prominentes, correspondientes a diferentes direcciones (111) (2θ ≈ 18,90°), (220) (2θ ≈ 31,29°), (311) (2θ ≈ 36,81°), (222) (2θ ≈ 38,54°), (400) (2θ ≈ 44,80°), (511) (2θ ≈ 59,37°) y (440) (2θ ≈ 65,27°). El tamaño del cristalito aumentó con el aumento de la temperatura de recocido. La morfología del Co3O4 mostró granos nanocristalinos con

algunos grupos de crecimiento excesivo y varió con la temperatura de recocido. El ancho de banda se determinó a partir del coeficiente de absorción, encontrándose que

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disminuye de 2.58 eV a 2.07 eV con una temperatura de recocido creciente entre 400 °C - 700 °C. Esto significa que la calidad óptica de las películas de Co3O4 se mejoró

mediante el recocido. La conductividad eléctrica en corriente continua de las películas delgadas de Co3O4 aumentó de 10-4 a 10-2 (Ω.cm)-1 de acuerdo al aumento

de la temperatura de recocido. Se estimó que la concentración de portadores de electrones (n) y la movilidad (μ) de películas de Co3O4 recocidas a 400 °C - 700 °C

eran del orden de 2,4 a 4,5 x 1019 cm-3 y de 5,2 a 7,0 x 10-5 cm2·V-1·s-1, respectivamente. Se observa que el recocido de las películas delgadas de Co3O4 a 700

°C después de la deposición proporciona una textura lisa y plana adecuada para aplicaciones optoelectrónicas.

Recubrimiento de nanopartículas de Co3O4 han sido sintetizadas por el uso de

diferentes métodos como: El método de la deposición por láser pulsado (PLD) que consistió en usar Co puro como objetivo bajo presión de oxígeno en la cámara de deposición, las nano-partículas fueron depositadas en un sustrato de silicio y cristal mediante el uso de un láser excimer KrF con una longitud de onda de 248 nm. El método de la deposición por haz de electrones (EBD) que consistió en usar bolitas de Co3O4 como fuente, la cámara estuvo a una presión antes de la deposición, que

manteniendo una tasa de deposición se mantuvo a 0,5 A/s, las nano-partículas fueron depositadas sobre sustratos de vidrio y silicio mantenidas a temperaturas ambiente durante el proceso fueron recocidas en un aire estático a 400 °C durante 2 h para mantener la cristalización. El método de Sol-gel consistió en depositar sobre sustrato de vidrio y silicio mediante recubrimiento por giro, para la síntesis se obtuvo una solución de acetato de cobalto (0,7 M) en metanol, se le agregó la solución etilenglicol y después la mezcla se agitó por 30 min a temperatura ambiente con el fin de lograr una disolución completa metal-sal, luego se centrifugó durante 30 seg a 2000 rpm en el sustrato de vidrio y silicio utilizando un fotoresitor spinner SPS modelo EC 101D, los recubrimientos delgados azuladas se cocieron a 140 °C por 1 hora, después se realizó un tratado térmicamente en aire estático a 400 °C por 2 horas. El método de deposición no electrolítica consistió en tener especímenes cuadrados de acero inoxidable, siendo limpiados con acetona y seguido de una solución de NaOH para eliminar residuos. La superficie de la muestra se oxidó por inmersión en una solución de HCl durante 2 min y después se lavó con agua destilada

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térmico de solución acuosa de cloruro de cobalto (CoCl2) a 0.04 de molaridad.

Diluido la solución al 25% de amoniaco, la película se descompuso a 400 °C durante 2 h para obtener la cristalinidad de óxido de cobalto. Las actividades Catalíticas de los varios recubrimientos catalizadores heterogéneos de Co3O4 han sido comparadas

mirando su eficiencia en la degradación del colorante de azul de metileno que se produjo a través de la foto reacción de Fento en presencia de H2O2 u ozono.

El recubrimiento por PLD exhibió la mejor tasa de foto-degradación de colorante en presencia de H2O2 (4 h) u ozono (8 min). Las nano-partículas producidas por PLD

exhibieron un menor tamaño promedio (18 nm), la distribución de tamaños estrechos (3 nm), forma esférica perfecta, bajo grado de aglomeraciones, y la fase mixta amorfa-nanocristalino. Estas características de las nano-partículas, junto con la absorción de la luz visible, fueron los principales factores responsables de la actividad foto-catalítica mejorada de las nano-partículas de Co3O4. También se

observó que aunque la concentración de ozono (0.5 mM) es muy pequeña a comparación con H2O2 (100mM), la foto-degradación de la solución del colorante de

azul de metileno es mucho más rápido para el ozono [32].

El Co3O4 como material semiconductor de tipo p, Co3O4 ha sido ampliamente

estudiado como materiales de sensores de gas, además para almacenamiento de energía, catalizador y semiconductor magnético [3]. Las investigaciones han indicado que el comportamiento de las micro/nanoestructuras de Co3O4 está

fuertemente relacionado con la superficie, la naturaleza porosa y las morfologías. Por lo tanto, las propiedades de detección de gases de micro/nanoestructuras de Co3O4

cambiaron con las configuraciones controladas. Las estructuras jerárquicamente porosas de Co3O4 exhibieron generalmente una respuesta alta y un funcionamiento

bajo temperatura para detectar gases. En esta revisión, la atención también se centra en compuestos de Co3O4, incluyendo Co3O4/óxidos metálicos inorgánicos,

Co3O4/nanomateriales de carbono, Co3O4/ polímeros y Co3O4/ metales nobles,

debido a sus efectos únicos en la aplicación final de detección de gas. Los compuestos de Co3O4 generalmente mostraron una mayor respuesta de gas que un componente

único debido a la acción catalítica o efectos sinérgicos entre los componentes. Este trabajo ha resumido una visión general de la literatura sobre la detección de gases de Co3O4 y sugirió posibles direcciones para el progreso futuro.

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Por otro lado, es innegable el permanente interés en diferentes nanoestructuras de ZnO, puro y dopado, así como en conjunto con otros materiales para obtener nanocompuestos multifuncionales. En particular, debido a que las propiedades de películas delgadas dependen del método y condiciones de síntesis, actualmente la investigación sobre las propiedades de películas delgadas se da en base a que el ZnO sigue siendo de gran interés, para lo cual uno de los métodos más utilizados es el de sol-gel con recubrimiento por rotación (spin coating).

Fujihara y col. [33] prepararon películas delgadas de óxido de zinc dopadas con Li y Mg por el método sol-gel, y evaluaron los efectos del dopado sobre la microestructura y propiedades eléctricas. Se realiza la solución de Zn(CH3COO)2.2H2O y LiCl o MgCl2.6H2O en un disolvente 2-ethoxyethanol y

monoethanolamine que se le agrega a la solución. Las películas dopadas exhibieron orientación del eje c después del calentamiento final a 500ºC durante 30 minutos en flujo de oxígeno. El tamaño de los cristalitos de ZnO aumentó por dopado y la superficie de las películas se volvió más rugosa. La densidad de corriente de las películas se redujo por dopaje probablemente debido a la formación de niveles aceptación (Li-dopante) y la reducción de defectos de oxígeno (Mg-dopante). La película con una composición nominal de Zn0.85Li0.10Mg0.05O mostró la densidad de

corriente más baja de 1,7 en el estudio.

Las películas delgadas ZnO son altamente orientadas hacia el eje C sobre substratos de Si y cuarzo en el plano (100) tienen por el método sol-gel [6]. Para realizar la solución se requiere de acetato de Zinc dihidratado (Zn(CH3COO)2·2H2O)

y alcohol como solvente, la investigación estructural incluyendo la morfología superficial y microestructura se llevó a cabo por XRD, SEM y AFM mediciones. Además, las propiedades ópticas se determinaron mediante fotoluminiscencia, elipsometría y análisis del espectro UV-Vis. Resultados de XRD indicó que un pico extremadamente agudo (002) dominará bajo un tratamiento de recocido bajo condición óptima. Además, la calidad de la película delgada y la morfología se mejoraron mediante el tratamiento de recocido. Las imágenes SEM muestran que los tamaños de grano aumentaron con el aumento de la temperatura de recocido hasta

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fotoluminiscencia revelaron dos picos centrados en aproximadamente 380 nm y 520 nm, correspondientes a la banda de borde y defecto relacionados con emisión. La variación en la intensidad de las emisiones UV se atribuyó a la competencia entre excitónica y no radiactiva. Se propuso que la temperatura de recocido en la formación de defectos, que está fuertemente relacionado con los centros de recombinación no radiativa. Además, posee un ancho de banda prohibida de transición directa de 3.3 eV a temperatura ambiente, una transmisión óptica entre 85% y 95% en el visible siendo estas películas muy transparentes (~90%) en el intervalo de longitud de onda de 380-800 nm, y la morfología superficial de estas películas mostraron que los tamaños de grano son más grandes con el aumento de las temperaturas de recocido.

Kenanakisa y col. [7] usaron diferentes rutas químicas para obtener películas delgadas y nanoestructuras de ZnO sobre vidrio, entre ellas sol-gel, evaluando sus propiedades estructurales, morfológicas y fotocatalíticas. Los autores demostraron que las características estructurales y morfológicas dependen drásticamente del método y condiciones de deposición. Por el método Sol-gel obtuvieron densas películas delgadas de ZnO nano-estructuradas con crecimiento preferencial a lo largo de la dirección (002). Todas las muestras de ZnO muestran una notable actividad fotocatalítica con respecto a la degradación del ácido esteárico, lo que se atribuye a su buena cristalinidad y gran área superficial.

Usando el método sol-gel, Kumar y col. [8] han obtenidos películas delgadas ZnO no dopadas, dopadas y co dopadas con N y Al sobre vidrio, y mediante difracción de rayos X mostraron que en todos los casos las películas delgadas presentaron fase hexagonal wurtzita. Asimismo, la transmitancia de las películas fue mayor al 80%, con un ancho de banda prohibida que varió de 3,20 eV a 3,24 eV para el ZnO no dopado y dopado. Las medidas de fotoluminiscencia mostraron la presencia de distintos niveles de defectos y posibles cuasi-Ferminiveles. Una resistividad mínima de 0,0834 Ω-cm se obtuvo para las películas delgadas de ZnO dopadas con N y Al con una conductividad del portador de tipo p. Los autores sugieren que estas películas de ZnO pueden usarse como celdas solares.

Byeong Kyun Choi, et. al. [34] preparan películas delgadas de ZnO a una concentración de 0.5 M, depositadas sobre sustrato de Pt/TiO2/SiO2/Si usando el

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método de Sol-gel. Se analiza el efecto de las temperaturas de recocido en las propiedades estructurales morfológicas y ópticas de las películas delgadas de ZnO. Mediante Difracción de Rayos X, en el espectro el pico del plano (002) aumenta con el aumento en la temperatura de recocido entre 400 y 600 °C, sin embargo, el pico disminuye a 700 °C; parece que la cristalinidad de la película delgada de ZnO en alta temperatura de recocido es un resultado de la volatilización de partículas de Zn. Además, la película delgada de ZnO recocida a 700 °C muestra un pico en 38° aproximadamente. Del análisis de DRX, el tamaño de grano incrementa de 21.817 a