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MASTER EN ENERGÍA UCM
Título: Caracterización de micro- y nanoestructuras de ZnO y ZnS en su aplicación
como sensor de gas
Alumno: oferta abierta
Directoras: Paloma Fernández (arana@fis.ucm.es) y Ana Urbieta (anaur@fis.ucm.es)
Sinopsis: El sensado de gases, en particular utilizando técnicas ópticas, es una
herramienta útil y efectiva en el sector de la energía para la detección, evaluación y
localización de la emisión y fuga de gases. Desde este punto de vista, la fabricación
de sensores de gases de hidrocarburo y SF6 cada vez más eficientes y con mayor
sensibilidad es una importante demanda de la industria para producir cada vez
energía de forma más eficiente y limpia.
Los materiales objeto de este trabajo se han estudiado en los últimos años como
buenos candidatos para conformar la parte activa de este tipo de sensores,
obteniéndose buenos resultados en la detección de gases como el CO o el NO.
En este trabajo se pretende estudiar las características de diversas estructuras de
ZnO y ZnS crecidas por diferentes métodos para su utilización en dichos sensores.
Objetivo general: El objetivo fundamental del estudio que se plantea es la
caracterización de materiales basados en ZnO y ZnS desde el punto de vista de las
características de sensado de gases.
Objetivos específicos: El estudio abarcará tanto el crecimiento de las micro- y
nanoestructuras por diferentes métodos, como su caracterización por técnicas de
microscopia electrónica (catodoluminiscencia y rayos X) y espectroscopias ópticas
(fotoluminiscencia, Raman). Además, se estudiará la variación de las propiedades
eléctricas y ópticas de las estructuras en presencia de gases con vista a su
aplicación en sensores de gases.
Metodología:
Se crecerán diferentes micro- y nanoestructuras de ZnO y ZnS dopadas y sin
dopar. Para ello se utilizaran métodos térmicos de crecimiento (crecimiento vaporsólido) así como la oxidación por calentamiento resistivo. La primera parte del
trabajo consistirá en la búsqueda de las condiciones óptimas de crecimiento de
dichas estructuras.
Una vez obtenidas las estructuras, se realizará una caracterización morfológica y
composicional de las mismas utilizando para ello diversas técnicas basadas en el
microscopio electrónico de barrido, fundamentalmente el modo emisivo y la
espectroscopía de rayos X.
Las propiedades ópticas de las muestras se investigarán mediante técnicas de
luminiscencia. Para ello se dispone de dos técnicas complementarias como la
catodoluminiscencia en el microscopio electrónico de barrido y la
fotoluminiscencia en un microscopio óptico confocal.
Finalmente, se estudiaran las propiedades de sensado de gases de las muestras
obtenidas. Este estudio se realizará desde dos enfoques complementarios. Por un
lado, se investigara la respuesta luminiscente del material obtenido a los cambios
en la atmósfera de gas que le rodea (diferentes temperaturas y concentraciones de
gas) y, por otro lado, se medirá la respuesta eléctrica en función del tiempo de
exposición, presión y temperatura del gas.
Resultados esperados. Se espera que se puedan obtener diversas estructuras de los
materiales bajo estudio con buena calidad cristalina y unas propiedades de
emisión luminiscente adecuadas para su utilización en el sensado de gases.
Cronograma de trabajo
La primera etapa del trabajo consistente en la búsqueda de las condiciones
óptimas de crecimiento de las estructuras se considera que puede abarcar 4-5
semanas.
La segunda etapa de caracterización de las muestras se comenzará en paralelo a la
fase anterior y se desarrollará en 6-7 semanas, aproximadamente.
La etapa final referente a las medidas de sensado de gases se realizará en las
últimas 6-7 semanas del trabajo.