El nacimiento de un nuevo ternario (In2Ge2O7)

Por Yanitza Wilson

Aunque no son recientes, los óxidos semiconductores son muy importantes en el desarrollo de nanoestructuras y dispositivos funcionales con propiedades eléctricas, ópticas, magnéticas y químicas muy interesantes e importantes para el desarrollo de sensores de gases, óxidos conductivos transparentes (ITO) y materiales inteligentes.

Estos materiales pueden ser duraderos y económicos, los cuales los hacen muy atractivos para el desarrollo de nuevos materiales utilizados para el crecimiento de nanoestructuras, en especial las nanoestructuras en una dimensión (nanohilos, nanotubos y nanocintas), ya que su única geometría y novedosas propiedades los hacen buenos candidatos para aplicaciones en nanoelectrónica, emisión de luz, conversión de energía y sensores químicos y biomédicos.

Estas nanoestructuras pueden crecerse de diferentes maneras dependiendo de las propiedades y especificaciones requeridas y del material utilizado. El Oxido de Indio (In2O3), el cual es un material semiconductor tipo n de banda ancha [5], puede ser combinado con Oxido de Germanio (GeO2), el cual es un oxido dieléctrico con fotoluminiscencia azul [3], para obtener un nuevo nanomaterial semiconductor con el nombre de Germanato de Indio (In2Ge2O7), el cual es un oxido ternario cuyas características y propiedades varían según el método de síntesis utilizado para su crecimiento.

Estos óxidos son combinados debido a que el comportamiento flexible de coordinación del Germanio con Indio aumenta la diversidad estructural de los microporos del compuesto final (Indio-Germanio) haciéndolos mas atractivos como materiales porosos para sensores de humedad [2].

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Nanohilos de In2Ge2O7 crecidos a temperaturas de 700 ºC [ref.1]

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Nanohilos de In2Ge2O7 crecidos a temperaturas de 900 ºC [ref.1]

Recientemente, se ha demostrado el crecimiento de este ternario cuya propiedades varían de acuerdo al tipo de crecimiento utilizado y del tipo de nanoestructura obtenida durante este crecimiento. Entre los métodos de crecimientos usados se encuentran: el método vapor-liquido-solido (VLS) y el método vapor solido (VS), muy parecidos con la excepción del uso de un catalizador.  Se observo que el VLS fue exitoso en la síntesis de estas estructuras por medio de un catalizador de oro (Au) a temperaturas cuyo rango varío entre 600 y 900 ºC (figura 1 y 2).

Otra observación indica, que a pesar de obtener la composición esperada, los nanohilos crecidos tenían residuos o restos del material usado como catalizador (figura 2). Este tenía un efecto que podía ser negativo ya que modificaba o afectaba las propiedades ópticas y electrónicas de la nueva nanoestructura ternaria. Es por ello que continúa la investigación para obtener un método más eficiente que haga posible el crecimiento de nanohilos de In2Ge2O7 más estables y puros. Finalmente, se observó que no solo la temperatura influenciaba el crecimiento de estas nanoestructuras, sino que también el flujo de gas utilizado durante su crecimiento al igual que la composición de la mezcla utilizada tenían un efecto en la cantidad de nanoestructuras, al igual que en la forma, uniformidad, estructura y propiedades obtenidas.

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TEM imágenes de Nanohilos crecidos de In2Ge2O7 donde se observa remanencia del catalizador (ref.1)

La posibilidad de crecer este ternario ha hecho posible la síntesis de un novedoso hibrido altamente cristalino conocido como sub-nanohilo de  (In2Ge2O7(En)) (figura 3) formado por este nuevo compuesto (In2Ge2O7) y ethylenediamine crecido utilizando el método de la sintesis solvotermal. Este nanohilo híbrido ultra delgado presenta una emisión de fotoluminiscencia ultravioleta, la cual muestra una posible aplicación en diodos láseres, comunicación cuántica y para fines de calibración. Este presenta otra importante característica, la cual realiza  selectivamente la reducción fotocatalítica de dióxido de Carbono (CO2) en monóxido de Carbono (CO) en la presencia de vapor de agua. Este trabajo constituye una importante señal de que los gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono pueden ser mejorados o descompuesto en tipos de combustibles renovables utilizando diferentes catalizadores de germanato [2]. Lo cual puede ser de gran uso en la reducción de la contaminación ambiental y de gran aporte a la humanidad.

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Imagen de TEM para nanohilos de In2Ge2O7 (ref.2)

A medida que avanza el tiempo, la necesidad de nanoestructuras más eficientes y con una gran variedad de usos son requeridas para suplir la demanda de la tecnología y dispositivos necesarios indispensables para la comodidad de la humanidad. Es por ello que la mezcla entre materiales y síntesis de nuevos ternarios, cuaternarios e híbridos es importante en el crecimientos de nuevas nanoestructuras necesarias para la continuación de la innovación de la tecnología al igual que su subsistencia.

Referencias:

[1] Sang Sub Kin, et al. “Temperature-controlled synthesis of In2Ge2O7 nanowires and their photoluminescence properties”. Journal of physics: applied physics (2010)

[2] Qi Liu, et al. “Synthesis of highly crystalline In2Ge2O7 (En) Hybrid Sub nanowires with UV photoluminescence”. RSCAdvances. (2012)

[3]P. Viswanathamurthi, et al. “GeO2 fibers: Preparation, morphology and photoluminescence property” American Institute of Physics (2004)

[4] Chaoyi Yan, et al. “Morphology control of indium germinate nanowires, nanoribbons, and hierarchical nanostructures”. American Chemical Society (2009)

[5] Ning Du, et al. “Porous Indium Oxide nanotube: Layer by layer assembly on carbon nanotubes templates and aplications for room temperature NH3 gas sensors. Advance materials (2007)http://mse.zju.edu.cn/attachments/2011-04/01-1303324464-26227.pdf

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