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Self assambled morolrfers SAMs
STO subtratos
Materiales hibridos
Caracterizaci on de super cies funcionales modelo con control de estructura at omica y composici on: capas org anicas y super cies de oxidos
[Barcelona] :
Universitat Autònoma de Barcelona,
2014
Accés lliure
http://hdl.handle.net/10803/134678
cr |||||||||||
AAMMDDs2014 sp ||||fsm||||0|| 0 spa|c
9788449043994
Garz on Muñoz, Luis E.,
autor
1 recurs en línia (255 pàgines)
Tesi
Doctorat
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física
2013
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física
Tesis i dissertacions electròniques
Ocal García, Carmen,
supervisor acadèmic
Rodriguez Viejo, Javier,
supervisor acadèmic
TDX
El descubrimiento de nuevos y novedosos materiales, procesos y fenómenos a escala
manométrica, así como los nuevos métodos experimentales y teóricos proveen
oportunidades para el desarrollo de sistemas innovadores a esa escala. La naturaleza
muestra como construye objetos macroscópicos desde unidades básicas con formas
definidas, propiedades, orden y control estructural en materiales. Este concepto es
utilizado para la construcción de macro-sistemas, orgánicos e inorgánicos, desde una
estrategia “bottom-up”.
El trabajo de la tesis se ha centrado en el estudio experimental de sistemas modelo muy
diferenciados (uno orgánico y otro inorgánico): i) películas autoorganizadas (selfassembled
monolayers, SAMs) de organosulfuros sobre Au(111), en concreto (C20H16O2S,
mercaptomethyl therphenyl carboxylic acid, MMTA) y ii) substratos óxidos tipo
perovskita, en concreto SrTiO3 (STO). La técnica que se ha utilizado es la microscopia de
fuerzas de barrido (Scanning Force Microscopy, SFM) tambien llamado microscopio de
fuerzas atómicas (Atomic Force Microscopy, AFM) con el fin de obtener información
sobre las propiedades estructurales, mecánicas y electrónicas (transporte y
electrostáticas) de estas superficies y establecer correlaciones entre las propiedades y la
funcionalidad. El presente trabajo consta de 7 capítulos, los primeros 5 capítulos
describen la completa caracterizacion del sistema pi-conjugado MMTA. Una
introducción a la técnica SFM en sus diversos modos de uso, preparacion de substratos,
soluciones y procesos termicos involucrados para observar posibles cambios
morfólogicos son abordados en el capítulo 2.
El capítulos 3 de la tesis describe el trabajo realizado desde la preparación de las capas
hasta su caracterización. Para poder estudiar la influencia de los solventes en la
estructura y propiedades de las superficies, se ha utilizano toda una serie de protocolos
en los que se han variado todos los parámetros involucrados en la preparación:
solventes (etanol (EtOH, 99.8%), ácido acético (AA, 99%), tetrahydrofuran (THF) y ácido
trifluroacético (TFA, 99%)), concentraciones (de 1 μM hasta 1 mM) y tratamientos
térmicos (25°C y 120°C y post-annealing). También se incluye en la tesis la
funcionalización confinada lateralmente de superficies de oro con MMTA utilizando la
técnica de microcontact printing (-CP) con sellos de Poly(dimethylsiloxane) PDMS
impregnados en la concentración óptima de la solución molecular. Un arduo trabajo de
pruebas han llevado a concluir la metodología adecuada para obtener películas de una o
dos alturas, cuya terminación consecuentemente es diferente (COOH o SH)
proporcionando diferente respuesta tanto en propiedades tribológicas (fricción) como
en propiedades electrónicas (corriente y potencial de superficie), cuyos resultados son
presentados en los capítulos 4 y 5. Algunas de las novedades más resaltables implican la diferenciación y establecimiento de la transición ente mecanismos de transporte (e.g.
túnel coherente a bajos voltajes y Fowler-Nordheim a mayores campos) a través de las
películas y en función del espesor de la película y de la fuerza aplicada.
El capítulo 6 esta dedicado al segundo sistema modelo, el óxido tipo perovskita STO, es
el substrato por excelencia para el crecimiento de óxidos complejos. La estructura
cristalina de estos óxidos, con fórmula general ABO3 contiene planos alternados de
composiciones atómicas AO (A=Sr) y BO2 (B=Ti) de tal manera que las superficies (001)
pueden tener esas dos posibles terminaciones químicas. Durante la tesis se ha puesto en
evidencia que la terminación de la superficie (dependiente del modo de obtención) es
determinante, por ejemplo, en la secuencia de empaquetamiento de películas
depositadas o en la reactividad de la propia superficie. Como principal conclusión que
obtener superficies SrO(001) y TiO2(001) bien caracterizadas es de gran importancia. En
coordinación con el grupo del Prof. Fontcuberta se ha demostrado que, variando las
condiciones de tratamientos térmicos (temperatura y tiempo de calentamiento) a que
se someten los cristales, se puede controlar la coexistencia y separación espacial de las
dos terminaciones en la misma superficie, obteniendo patrones químicos a escala
nanométrica. Y, en particular ha permitido el crecimiento selectivo tanto de películas
delgadas de óxidos funcionales como para la obtención de materiales híbridos
orgánico/inorgánico mediante la adsorción selectiva de monocapas orgánicas
autoensambladas. Por último, la técnica PM-IRRAS fue empleada para la caracterización
de la película molecular MMTA obtenida con tratamiento térmico y líneas abiertas de
trabajo de investigación para futuros estudios de crecimiento selectivo usando metalorgánicos
(dinuclear copper (II) acetate complexes (Cu2(CH3COO)4 2H2O)) son expuestos
en el capítulo 7.
El trabajo presentado en esta tesis doctoral evidencia que la estrategia combinada de
diferentes modos de microscopía de fuerzas de barrido (Scanning Force Microscopy,
SFM) en condiciones de ambiente controladas es la adecuada para, tanto para SAMs
como substratos de STO, determinar las características superficiales a nivel de estructura
molecular y morfología con gran precisión y obtener, simultáneamente, la información a
escala nanométrica de las propiedades tribológicas (estabilidad mecánica, fricción) y
electrónicas (transporte, potencial de superficie) de las superficies modelo bajo estudio.
De tal modo, como novedad a destacar en conjunto, se ha establecido la correlación
entre las características estructurales y las propiedades de las superficies en el marco
del transporte electrónico (C-SFM) para diferentes morfologías dependiendo del método
de obtención, y de cómo la terminación superficial modifica los potenciales de contacto
superficiales de los substratos de partida (Au en el caso de SAMs y el “as-received” STO),
mediante Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM).
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