El óxido de zinc

Por: M. Cristina Vicente Manzano

   El óxido de zinc es uno de los semiconductores que suscitan mayor interés tecnológico debido a sus numerosas aplicaciones. Durante las últimas décadas se ha mantenido vivo el reclamo de este óxido en la investigación debido a la existencia de numerosos campos de estudio aún por descubrir. En la actualidad es uno de los semiconductores más estudiados tanto en el desarrollo de nuevas técnicas de crecimiento que aporten nuevas propiedades físicas, como en el estudio de posibles aplicaciones tecnológicas que puedan llevarse a cabo.

   El óxido de zinc es uno de los materiales más prometedores en cuanto al campo de la optoelectrónica, por poseer propiedades ópticas excelentes en el ultravioleta. Podría sustituir a diodos láser emisores de luz (LED) visible, como el arseniuro de galio. Además el óxido de Zn puede actuar como sustrato en heteroepitaxias (de GaN por ejemplo). Entre las características que han llevado al  óxido de zinc a ser utilizado en optoelectrónica caben destacar:

  • Es un semiconductor de gap ancho: 3,35 eV.
  • Posee gap directo a temperatura ambiente.
  • Alta conductividad eléctrica.
  • Alta transmisión óptica en el visible y alta reflectancia en el infrarrojo.
  • Buena estabilidad térmica y química.

    El óxido de zinc es un semiconductor de la familia II-VI, debido a la diferencia de electronegatividades entre el zinc y el oxigeno, su estructura cristalina más estable es la hexagonal tipo wurzita, como se puede observar en la siguiente figura:

estructura-cristalina-del-zno_wurtzita.jpg

 

      El óxido de zinc tiene un gran interés tecnológico en estructuras de baja dimensionalidad. Se pueden obtener múltiples nanoestructuras en forma de nanopartículas, nanohílos, nanofibras… Esto hace que el óxido de zinc adquiera gran interés en diversos nanosistemas como son los dispositivos optoelectrónicos, biosensores, como pigmento en la producción de pinturas, así como su uso en la industria farmacéutica (en especial en el campo de la cosmética, donde se utiliza como filtro de radiación ultravioleta en la producción de cremas solares). También es relevante su uso en transductores acústicos, en varistores, en sensores de gas, en electrodos transparentes, como ventana óptica en células solares, etc.

   En cuanto a sus aplicaciones en optoelectrónica hay varios estudios a destacar, en uno de ellos han conseguido nanoláseres de óxido de zinc. Científicos de la universidad de Karlsruhe han fabricado nanovarillas de este material que emiten luz, éstas pueden aplicarse en proyectos y dispositivos que necesiten nanoláseres en el ultravioleta, es decir de longitud de onda corta.

  Otra aplicación en el campo de la optoelectrónica es el uso del óxido de zinc como láseres ultravioletas que son capaces de mejorar la densidad de grabación, y podría reemplazar a los diodos láser de color azul utilizados actualmente en HD-DVD y BlueRay. A estos materiales les han llamado "semiconductor luminiscente ultravioleta muy eficiente".

   En cuanto a su aplicación como biosensor, se ha demostrado que el ZnO puede emplearse para detectar el colesterol. Estos biosensores tienen alta sensibilidad y muy buen límite de detección, se han obtenido con distintas estructuras, pero los que poseen una estructura en forma de flor con forma hexagonal han demostrado mayor sensibilidad, como demuestran los estudios realizados por científicos del Departamento de Química de la Universidad de Najran, publicados en la revista científica Talanta. A continuación se muestra una imagen procedente de la revista: 

imagen-fesem-de-nanoestructuras-de-zno_talanta78-284-2009.jpg

   En cuanto a las aplicaciones en electrónica transparente, el óxido de zinc puede formar parte del desarrollo de semiconductores aptos para fabricar pantallas TFT.

   Incluso se han descubierto nanopartículas de óxido de zinc que pueden utilizarse para combatir el crimen, ya que estas nanopartículas permiten obtener huellas digitales excelentes.

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