Se prepararán películas sol-gel amorfas y nanoestructuradas de dióxido de titanio (TiO2) y óxido de zinc (ZnO) por el método sol-gel. El objetivo principal es determinar el efecto de la nanoestructura de las películas en las propiedades fotoluminiscentes y eléctricas de las mismas al compararlas con aquellas de películas amorfas. Para ello, se realizarán estudios de fotoluminiscencia y fotoconductividad para determinar los niveles de energía y los mecanismos de transporte de carga en estas películas delgadas nanoestructuradas las cuales serán contaminadas con nanopartículas metálicas y tierras raras (RE) a diferentes concentraciones. Los estudios de fotoconductividad se realizarán en las películas de PMMA:DR1 y TiO2/Au, los cuales proporcionarán información sobre los mecanismos de transporte en nuestras películas amorfas y nanoestructuradas. Los estudios de fotoluminiscencia se harán en las películas de ZnO:Eu3+ para determinar la brecha de energía de la matriz y la respuesta luminiscente de la tierra rara Eu3+ par conocer su entorno dentro de la matriz. Se realizarán tratamientos térmicos a la matriz para tratar de obtener la fase cristalina wurtzita. Las películas delgadas nanoestructuradas serán depositadas por las técnicas de recubrimiento por inmersión (dip-coating) y recubrimiento por giro (spin-coating). Se utilizarán surfactantes iónicos y neutros como estructurantes para producir una nanoestructura lamelar, hexagonal o cúbica en ambos tipos de matrices (TiO2 y ZnO). Se determinará si los surfactantes actúan como estabilizadores en la síntesis de estas nanopartículas metálicas coloidales y de la tierra rara. Estos materiales sol-gel serán caracterizados usando técnicas espectroscópicas como absorción óptica (AO), difracción de rayos X (DRX), espectroscopia infrarroja (IR), microscopia electrónica de barrido y microscopía electrónica de alta resolución (HRTEM). Se modelarán los espectros de absorción utilizando un modelo teórico que hemos desarrollado, el cual se basa en la teoría de Gans. Con ello se determinarán tamaños de las nanopartículas metálicas y el índice refractivo de la matriz en la cual están insertadas estas nanopartículas. Con los cálculos de De Valle se determinará la brecha de energía del ZnO y del análisis de los resultados de fotoluminiscencia se determinarán los niveles de energía de la tierra rara el tipo de entorno de la matriz donde está alojada. De los estudios propuestos se determinará el efecto que tiene la cristalización de la matriz sobre la brecha de energía y de estos niveles.

Este proyecto abre nuevas oportunidades de investigación entre la química y la física para la síntesis y caracterización de los sistemas PMMA:DR1 y TiO2/Au, y ZnO:Eu3+. La síntesis, caracterización y optimización de sus propiedades ópticas y de conducción, así como la realización de modelos que permitan predecir el mejor control de las propiedades de estos sistemas, es la base para el desarrollo de estos materiales con aplicaciones en óptica y transporte de cargas. Adquiriremos el conocimiento sobre el efecto de los surfactantes para definir forma y tamaño de las nanopartículas metálicas, así como su estabilización de los cuales deseamos conocer sus propiedades ópticas y de conducción para obtener un mayor avance en nuestras investigaciones. Esperamos controlar la producción de nanopartículas metálicas sobre las partículas de TiO2, por lo que esperamos que esto influya notablemente en sus propiedades ópticas y eléctricas. Esperamos también que la fotoluminiscencia de la tierra rara nos indique propiedades de simetría local a la impureza y sus modificaciones con la presencia de la nanoestructura y de la formación de la fase cristalina.