Respuesta de la fotoluminiscencia de polvos nano y microestructurados de ZnO a vapores orgánicos: un estudio preliminar

Abstract

El ZnO es un semiconductor con un gap directo de 3.37eV y una energía de ligadura excitónica de 60meV. Estas características le confieren una emisión de luz robusta a temperatura ambiente, la cual está fuertemente influenciada, entre otros factores, por su estructura de defectos y su superficie. Recientemente, nuestro grupo reportó una dependencia no monótona de la fotoluminiscencia de aglomerados de ZnO dependientes del número de nanopartículas, así como de la potencia de excitación y la exposición a vapor de etanol [1]. Estos fenómenos fueron relacionados con la auto-absorción de fotones emitidos y un balance entre la recombinación excitónica dentro de nanopartículas aisladas y la recombinación no radiativa a través de estados superficiales o interfaciales. Teniendo en cuenta esto, se propuso profundizar en el estudio de la emisión de luz desde este tipo de sistemas nanoestructurados en función del ambiente circundante, investigando el efecto de distintos vapores orgánicossobre la fotoluminiscencia del ZnO así como el rol que juega la morfología y el tamaño de las estructuras que conforman el aglomerado. De esta manera, se están estudiando inicialmente dos sistemas: el primero, formado por nanopartículas con un diámetro de 20nm y el segundo, formado por micropartículas con diámetros de 1.1μm. Para ambos sistemas, se ha medido la fotoluminiscencia (FL) excitando con un láser de HeCd (λ = 325nm) mientras se los expone a vapores de metanol, etanol, isopropanol o acetona. Los primeros resultados han mostrado que la FL desde el sistema formado por micropartículas se ve muy poco afectado por la exposición a los distintos vapores orgánicos. En cambio, el sistema formado por nanopartículas sufrió, en el caso de exposición a vapores de alcoholes, un fuerte aumento de la emisión UV y un decrecimiento de la emisión visible. Dicho aumento fue relativamente mayor para el caso de la exposición a metanol. Por otro lado, el sistema nanoparticulado tuvo un comportamiento similar al ser expuesto a acetona, pero con cambios relativamente menores en la FL. En todos los casos, se demostró que después de retirar el vapor orgánico el sistema recupera la tendencia original de FL. Estos resultados sugieren que la respuesta de la FL de sistemas granulares de ZnO a los vapores orgánicos está dominada por las modificaciones en las propiedades optoelectrónicas de las interfaces partícula/partículas introducidas por las moléculas orgánicas incidentes.