Modelling of the Chemical and Light Interactions in Individual Metal Oxide Nanowires for Sensing Applications

Abstract

En la presente tesis se analizan desde el punto de vista de la modelización teórica los mecanismos de interacción de gases y luz con nanohilos individuales de óxidos metálicos. Desde este enfoque novedoso, se pretende alcanzar una mayor compresión de los mecanismos de transducción que dan lugar a la utilidad de dichos materiales en aplicaciones de sensado químico y de luz. Los resultados que aquí se presentan permiten comprender los detalles de las interacciones de gases, tanto oxidantes como reductores, sobre superficies de óxidos metálicos; siendo especialmente remarcable el descubrimiento del papel clave que juegan las vacantes de oxígeno en superficie en este proceso. Así mismo, se proponen técnicas experimentales tanto para la generación controlada de dichas vacantes como para su posterior detección. De este modo se das las herramientas necesarias para controlar a voluntad la respuesta a gases de estos materiales. Des de el punto de vista de la detección de luz, se demuestra que la gran relevancia de los efectos de superficie en los nanohilos permite obtener fotorespuestas muy por encima de las conseguidas con otras tecnologías pero, como contrapartida, la respuesta dinámica se ve severamente penalizada. Por ello se proponen y demuestran diversos métodos para modificar la influencia de la superficie en la respuesta total de los nanohilos. Finalmente, en base al conocimiento adquirido, se demuestra que es posible acoplar ambas interacciones (gas-óxido metálico y luz-óxido metálico) para ampliar las aplicaciones de estos materiales. En particular, no sólo se demuestra que es posible activar la respuesta a gases por medio de la iluminación, sino que también se presenta un modelo que describe cuantitativamente este fenómeno, abriendo las puertas a un gran número de aplicaciones de detección de gas a temperatura ambiente.