Responsable: LUIS ESCOBAR ALARCON

Objetivos:

Preparar y caracterizar películas delgadas de materiales multicomponente tales como: TiSiN, TiAlN, Co:TiO₂, Bi:FeO (BiFeO₃), utilizando la configuración de depósito reactivo por laser pulsado de haces cruzados ( RCBPLD por sus siglas en ingles) y estudiar la relación entre las propiedades de los depósitos, con los parámetros del plasma utilizado para su formación.

Antecedentes:

Foto: Arreglo experimental para preparar películas delgadas mediante plasmas producidos por ablación láser.

Recientemente en nuestro grupo de trabajo, hemos propuesto una alternativa a la configuración convencional de PLD, que se ha denominado RCBPLD (Reactive Crossed Beam Pulsed Laser Deposition), en la cual se hacen interaccionar dos plasmas producidos a partir de dos blancos diferentes en una atmósfera reactiva. Esta es técnica de depósito utilizada en este trabajo, ablacionando en un caso blancos de Ti y blancos de Si y Al en atmosfera de nitrógeno, para formar TiSiN o bien TiAlN respectivamente; el otro experimento a realizar involucra la ablación de un blanco de TiO₂ por un lado, y simultáneamente uno de Co, en presencia de una atmósfera de oxigeno o en alto vacio, en este caso la idea es formar compuestos ternarios de composición variable o bien aleaciones de (Ti, Co, O), lo cual hasta donde se tiene conocimiento no ha sido reportado. El tercer experimento consiste en la ablación de Fe₂O₃ o Fe y simultáneamente Bi con el propósito de obtener películas nanoestructuradas de oxido de hierro modificadas con bismuto. Los depósitos se harán en función de la variable que denominamos “grado de bombardeo”, que es el producto de la energía cinética promedio de los iones y la densidad del plasma del material aleante. El plasma proveniente del blanco del material base (Ti, TiO₂, Fe₂O₃) se mantendrá constante. La energía de los iones y la densidad de plasma, se determinarán con una sonda de Langmuir. La espectroscopia de emisión óptica será utilizada para determinar las especies excitadas presentes en estos plasmas. Es importante señalar que los estudios de caracterización del plasma resultan fundamentales, debido a que las propiedades del material depositado dependen fuertemente de los parámetros de plasma utilizados durante el depósito y para esto es necesario realizar el estudio o diagnóstico de los plasmas producidos bajo diferentes condiciones experimentales, con el propósito de obtener películas delgadas con las propiedades físicas y químicas, que desde un punto de vista funcional, permitan mejorar el desempeño de los recubrimientos obtenidos.

Los materiales que se plantea estudiar han sido seleccionados básicamente por dos razones, la primera es que tenemos experiencia en preparar el material base, esto es, TiN y TiO₂; segundo, por sus potenciales aplicaciones, en el caso de los nitruros se trata de materiales de alta dureza que da continuidad a una de nuestras líneas de investigación; en el caso del dióxido de titanio, hemos trabajado en su aplicación como fotocatalizador modificándolo con nitrógeno, el cual se introduce mediante un proceso de nitruración utilizando un plasma tipo ECR, también lo hemos modificado depositándole una capa muy delgada de Co₃O₄, encontrando resultados que sugieren que si se incorpora el Co en la red de podría mejorar su desempeño catalítico. En cuanto al Bi:Fe₃O₄, estamos interesados en este material debido a la gran cantidad de aplicaciones tecnológicas potenciales que tiene y debido a que México es un productor importante de Bi.

Beneficios:

El trabajo de investigación realizado ha permitido preparar nuevos materiales o bien materiales con propiedades mejoradas, los cuales tendrían aplicaciones potenciales en diversos campos. Se obtuvieron resultados originales, lo que permitió la publicación de artículos científicos en revistas especializadas de circulación internacional, así como la presentación de los resultados obtenidos en congresos de carácter nacional e internacional.

Logros Obtenidos:

Publicacion de Resultados

1.- Oscar Olea-Mejía, Witold Brostow, Luis Escobar-Alarcón, Enrique Vigueras-Santiago; Tribological properties of polymer nanohybrids containing gold nanoparticles obtained by laser ablation; Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 12, 2750-2755 (2012)

2.- L. M. Franco A., G. Zambrano, Enrique Camps, L. Escobar-Alarcón, M. E Gómez. Photocatalytic activity of nitrogen doped and undoped titanium dioxide thin films. Superficies y Vacío, 25, 161-165 (2012).

3.- S. Calderon V., L.Escobar-Alarcon, Enrique Camps, S.Rodil, I.Betancourt, J.J.Olaya; Pulsed Laser Deposition and Characterization of  La1-xSrxMnO; Materials Science in Semiconductor Processing, 15 (5) 492-498 (2012).

4.- A. Arias, E. Camps, L. Escobar-Alarcón, M. A. Hernández-Landaverde, J. Muñoz-Saldaña, F. Espinoza Beltrán, M. E. Gómez, G. Zambrano; Caracterización estructural y óptica de películas delgadas de TiO₂ tratadas en un plasma de nitrógeno producido por microondas mediante resonancia ciclotronica de los electrones (ECR); Revista Colombiana de Física, 44, No. 3, 284-288 (2012)

5.- L. Escobar-Alarcón, J. Pérez-Álvarez, D. A. Solís-Casados, Enrique Camps, S. Romero, J. Jiménez-Becerril; Preparation of Co:TiO2 thin films by Crossed Beam Pulsed Laser Deposition, Applied Physics A, en prensa  (2012)

6.- Enrique Camps, L. Escobar-Alarcón, Iván Camps, Stephen Muhl and Martín Flores; Tribological characterization of TiCN coatings deposited by two crossed laser ablation plasma beams; Applied Physics A, en prensa  (2012)

7.- Dagoberto Cardona, Enrique Camps, L. Escobar-Alarcón, Sandra E. Rodil; Influence of the ion energy on the structure of Bi and Fe2O3 thin films; Applied Physics A, en prensa  (2012)

8.- R. Espinosa-Luna, Enrique Camps, Dagoberto Cardona, E. De la Rosa. Polarimetric characterization of Bismuth thin films deposited by laser ablation. Appl. optics (2012) aceptado.

Formación de Recursos Humános

Tesis de Licenciatura de la C. Verónica Medina García, Síntesis y caracterización de películas delgadas de TiSiN preparadas por depósito reactivo de plasmas cruzados de ablación láser, Licenciatura en Ingeniería Química, Instituto Tecnológico de Toluca, 4 de diciembre de 2012. Director de Tesis: Luis Escobar Alarcón.

Aplicaciones:

Los materiales preparados podrían tener aplicaciones potenciales en el área metal-mecánica así como en el área de la fotocatálisis para remediación ambiental.

Vinculación:

1. Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Materiales Avanzados de la Universidad Autónoma del Estado de México. (Dr. Marco Antonio Camacho López)

2. Laboratorio del Departamento de Estado Sólido y Criogenia del Instituto de Investigaciones en Materiales de la Universidad Nacional Autónoma de México. (Dr. Stephen Muhl Saunders y Dra. Sandra Rosil Posada)

3. Laboratorio de Fisicoquímica de nanoestructuras de la Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa. (Dr. Emmanuel Haro Poniatowski)

4. Centro Conjunto de Investigación en Química Sustentable UAEM-UNAM. (Dra. Dora Alicia Solís Casados y Dr. Oscar Olea Mejía)