Procesado quimico-fisico de nanomateriales de carbono para la preparación de tintas y películas funcionales

Resumen

Los nanotubos de carbono (CNT de las siglas en inglés carbon nanotubes) se están abriendo paso como componentes en aplicaciones electrónicas como sensores, pantallas táctiles o dispositivos de energía, convirtiéndose así en una realidad comercial. En este ámbito, los principales retos a los que se enfrentan los CNT son: conseguir niveles de dopado controlables, estables y prolongados en el tiempo; la pureza, la escalabilidad y el costo de la separación de CNT en metálicos y semiconductores; el procesado y el depósito controlado de CNT sobre sustratos flexibles. La presente Tesis Doctoral se centra en el uso de nanotubos de carbono de pared única (SWCNT de las siglas en inglés de single-walled carbon nanotubes) y de otros nanomateriales de carbono, en concreto nanohorns de carbono (CNH de las siglas en inglés de carbon nanohorns), en polvo para preparar tintas y con ellas fabricar películas con propiedades moduladas y controladas a través de tratamientos fisicoquímicos para su potencial aplicación en una de las áreas de mayor relevancia tecnológica: la optoelectrónica. En primer lugar, se presentan las modificaciones realizadas a los SWCNT y los CNH en polvo a través de estrategias de funcionalización química que resultan en un control preciso de las propiedades electrónicas. Posteriormente se dispersan en agua estos materiales de SWCNT en polvo para conseguir tintas estables purificadas por ultracentrifugación con control específico de las propiedades coloidales. Además, el método de separación por columna cromatográfica permite la obtención de tintas de SWCNT enriquecidas en SWCNT metálicos y semiconductores. Las tintas de SWCNT resultantes de estos procesos se emplean para preparar películas que posteriormente se someten a tratamientos electroquímicos y procesado por láser, obteniéndose destrucción selectiva de SWCNT y control de los niveles de dopado. Se ha estudiado además la realización de tratamientos químicos a películas de SWCNT en sustratos flexibles para mejorar la adhesión y conseguir películas robustas, conductoras, transparentes y flexibles. Se acompaña toda esta investigación de estudios completos de caracterización por medio de técnicas coloidales, eléctricas, espectroscópicas, electroquímicas y microscópicas. Toda la metodología experimental se ha planificado y llevado a cabo teniendo en mente que se buscan procesos que puedan ser aplicados a nivel industrial para futuras aplicaciones comerciales. Por tanto los resultados que se presentan combinan ciencia básica centrada en generar nuevo conocimiento, junto con interés aplicado de esta ciencia básica que podría servir para desarrollar aplicaciones electrónicas y mejorar el desarrollo de dispositivos electrónicos basados en el uso de SWCNT y CNH.