Síntesis de materiales de carbono dopados con melamina por ablación láser

PAULINA ROMAN CUEVAS

RESUMEN. En el presente trabajo de tesis se propuso sintetizar materiales de carbono dopados con nitrógeno mediante el método de ablación láser. Esto a partir de una fuente orgánica rica en nitrógeno como lo es la melamina, presente en el blanco de ablación. Esta técnica contrasta con trabajos previos que han dopado materiales de carbono con nitrógeno durante la ablación usando una atmósfera de nitrógeno y no una fuente orgánica de nitrógeno. Los depósitos se llevaron a cabo en vacío y bajo una atmósfera de nitrógeno por ablación láser de un láser pulsado de nanosegundos Nd:YAG con una fluencia láser de 7 J/cm2. Como resultado fueron obtenidas películas delgadas de carbono. Éstas películas fueron caracterizadas por espectroscopía Raman, espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS), microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM), y voltamperometrías cíclicas (CV). El uso de melamina como dopante permite obtener un depósito de películas de carbono en frío, ya que se realiza en vacío, resultando en películas más lisas y uniformes, y con una mejor adherencia al sustrato comparadas con las obtenidas bajo una atmósfera de nitrógeno. Las películas de carbono obtenidas añadiendo melamina al blanco son amorfas. Este tipo de películas son de gran interés debido a que son químicamente inertes, presentan una amplia ventana de composición y debido a sus condiciones de síntesis las hace ideales para depositar en diferentes sustratos sensibles a la temperatura durante el proceso de depósito. La síntesis y depósito de dichas películas se realizó en sustratos de silicio y de un sustrato conductor de óxido de estaño dopado con flúor (FTO), para evaluar su respuesta electroquímica en medios acuosos mostrando en general un incremento en su capacitancia electroquímica. Por otra parte, también se experimentó obtener grafito dopado con melamina con un método alternativo por medio de un tratamiento con luz Flash, y se caracterizaron las muestras por SEM, espectroscopía Raman y difracción de rayos X. Comparando ambos métodos, ablación y tratamiento con flash, se concluye que es posible obtener películas de carbono dopadas con melamina por ablación láser y xiii que la incorporación de melamina al grafito por medio de flasheado no fue posible y solo se logró un depósito superficial de la melamina en el grafito.

ABSTRACT This thesis work proposed the fabrication of nitrogen doped carbon materials by laser ablation from an organic source rich in nitrogen such as melamine, present in the ablation target. The pulsed laser ablation is based in the laser ablation of a target which provide material that can be deposited in a substrate. Previous research works generally use an atmosphere rich in nitrogen during the laser ablation to obtain a nitrogen doped carbon material, here we propose a different approach by the use of organic target. This technique contrasts with previous work that has doped carbon materials with nitrogen during ablation using the same gas and not an organic source of nitrogen. Two conditions were explored a) the deposition in vacuum and b) in nitrogen atmosphere. The conditions used for the deposition were as a laser of nanoseconds Nd: YAG with a wavelength of 1064 nm and an incident power of 7 J / cm2. For the two conditions studied these conditions remains the same. All the samples obtained were characterized by Raman spectroscopy, X-ray photoelectronic spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and cyclic voltammetry (CV). The use of melamine as a dopant allows to obtain a deposit of carbon thin films in cold, since it is performed in a vacuum. The carbon thin films obtained by adding melamine to the target are amorphous, which are of great interest because they are chemically inert, have a wide composition window and due to their synthesis conditions make them ideal for depositing in different temperature sensitive substrates during the deposition process. The films were deposited onto silicon substrates and of a conductive substrate of fluorine doped tin oxide (FTO), to evaluate their electrochemical response in aqueous media, generally showing an increase in their electrochemical capacitance. On the other hand, the possibility of doping graphite with melamine was also studied by means of a Flash light treatment, and the samples were xiv characterized by SEM, Raman spectroscopy and X-ray diffraction. Comparing both methods, ablation and flash treatment, it is concluded that it is possible to obtain carbon films doped with melamine by laser ablation and that the incorporation of melamine to the graphite by means of flashing was not possible and only a superficial deposit of the melamine in the graphite was achieved.

Tipo de documento: Tesis de doctorado

Formato: Adobe PDF

Audiencia: Investigadores

Idioma: Español

Área de conocimiento: INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Campo disciplinar: CIENCIAS TECNOLÓGICAS

Nivel de acceso: Acceso Abierto