Síntesis y caracterización de recubrimientos nanoestructurados de Óxido de aluminio

Abstract

En las últimas décadas, la nanotecnología ha ganado gran atención por parte de los investigadores y se han desarrollado nanomateriales de innovación para una gran variedad de aplicaciones. Hoy, el foco de las investigaciones se centra especialmente en materiales nanoestructurados porosos auto-organizados con una disposición periódica de poros debido a las altas expectativas con respecto a sus aplicaciones. En este caso, el óxido de aluminio anódico (OAA) nanoporoso con sus propiedades sobresalientes se ha convertido en un nanomaterial de vanguardia tecnológica por sus crecientes aplicaciones en filtración y separación molecular, catálisis, generación y almacenamiento de energía, electrónica y fotónica, sensores y biosensores, entrega de fármacos, incluyendo la síntesis de plantillas para la obtención de materiales nanotubulares. La síntesis de óxido de aluminio con estructura nanoporosa de matriz hexagonal densamente empaquetada y altamente ordenada puede lograrse por anodización electroquímica, un proceso tecnológicamente simple y económico que no requiere de ninguna plantilla y litografía para obtener nanoporos ordenados, de diferentes tamaños o geometrías. De esta manera, es posible desarrollar películas o recubrimientos con innovadores diseños y características, cada vez más específicas según su funcionalidad. En los últimos años, la mayoría de las investigaciones se han enfocado a la obtención de películas anódicas altamente ordenadas a partir de aluminio de alta pureza. Sin embargo, el aluminio de alta pureza tiene un costo excesivamente alto y su disponibilidad en el mercado es limitada. En contraste, la síntesis y caracterización de películas anódicas nanoestructuradas a partir de aleaciones comerciales de aluminio permiten ampliar el campo de estudio, innovar en la tecnología de los materiales, y por sobre todo, constituye una alternativa importante para la reducción de los costos de producción y el desarrollo de nuevas aplicaciones. La presente tesis doctoral tiene como objetivo sintetizar y caracterizar películas nanoestructuradas de óxidos de aluminio mediante la oxidación anódica de una aleación comercial, para ser utilizados en diferentes aplicaciones tecnológicas, como biomateriales, catalizadores, sensores, filtros, celdas combustibles y solares.

In recent decades, nanotechnology has gained considerable attention from researchers, and innovative nanomaterials have been developed for a wide variety of applications. Today, the research interest is especially focused on self-organizing porous nanostructured materials with a periodic arrangement of pores due to the high expectations regarding their applications. In this case, nanoporous anodic aluminum oxide (AAO) with its outstanding properties has become a cutting-edge nanomaterial for its growing applications in filtration and molecular separation, catalysis, generation and storage of energy, electronics and photonics, sensors and biosensors, drug delivery, including the synthesis of templates for obtaining nanotubular materials. Highly ordered, densely packed, hexagonal matrix nanoporous structure aluminum oxide synthesis can be accomplished by electrochemical anodizing, a technologically simple and inexpensive process that does not require any template and lithography to obtain ordered nanopores of different sizes or geometries. In this way, it is possible to develop films or coatings with innovative designs and characteristics, increasingly specific according to their functionality. In recent years, most research has focused on obtaining highly ordered anodic films from high purity aluminum. However, high purity aluminum has an excessively high cost and its availability in the market is limited. In contrast, the synthesis and characterization of nanostructured anodic films from commercial aluminum alloys allow to expand the field of study, innovate in the technology of materials, and above all, it constitutes an important alternative for the reduction of production costs and developing new applications. The objective of this doctoral thesis is to synthesize and characterize nanostructured coatings of aluminum oxides through the anodic oxidation of one commercial alloy, to be used in different technological applications, such as biomaterials, catalysts, sensors, filters, fuel cells and solar cells.