Resumen de Crecimiento, caracterización y aplicaciones de óxidos metálicos sobre sustratos grafíticos
El objetivo general de la presente memoria consiste en la explicación de la interacción entre diferentes óxidos metálicos y sustratos grafíticos, tales como monocapas de grafeno y HOPG, y la búsqueda de posibles aplicaciones. Por interacción entenderemos las características del crecimiento y las interacciones químicas y físicas que se establezcan entre sustrato y los óxidos. En particular, tres óxidos metálicos han sido estudiados. En primer lugar se describe la interacción de CoOx con el HOPG, especialmente en la intercara entre ambos y en la cinética de la reacción de gasificación del carbono que tiene lugar cuando el sistema CoOx/HOPG es re-oxidado a baja temperatura (~400 °C). El siguiente punto consiste en la interacción de ZnO con HOPG y grafeno crecido mediante deposición química de vapor sobre cobre policristalino. Nos centraremos en la influencia del estado inicial del grafeno en el crecimiento del ZnO y en los cambios en el acople electrónico entre grafeno y el sustrato de cobre debido al ZnO. Finalmente, se expone el desarrollo de láminas ultra-delgadas de Al2O3 como ventanas transparentes de electrones para medidas de fotoemisión de electrones llevadas a cabo en condiciones de alta presión y en toma de imágenes en escala atómica. Para este propósito las membranas de grafeno anteriormente mencionadas serán utilizadas como soporte para el depósito de estas láminas ultra-delgadas de óxidos metálicos.
De esta forma, el cuerpo de la tesis está dividido en seis capítulos. Tras una primera introducción general, el segundo está dedicado a los detalles experimentales: caracterización de materiales (óxidos y sustratos) y presentación de los principios fundamentales de las técnicas experimentales utilizadas durante el presente trabajo. Cada uno de los siguientes capítulos se dedica a cada uno de los óxidos. El Capítulo 3 corresponde al CoOx. Se trata de una continuación del trabajo previo realizado en el grupo GRIN, y completa con nuevos resultados la Tesis Doctoral presentada por el Dr. Daniel Díaz Fernández y supervisada por el Profesor Leonardo Soriano de Arpe. En primer lugar se lleva a cabo una breve discusión sobre la intercara CoO-HOPG, con nuevos datos provenientes de técnicas consistentes en espectroscopia de electrones fotoemitidos por rayos-X (XPS), espectroscopia de electrones fotoemitidos por rayos-X duros (HAXPES) y XPS en presiones cercanas al ambiente (NAP-XPS). Tras esto se presentará el estudio in situ mediante NAP-XPS y espectroscopia de absorción de rayos-X (XAS) de la reacción de desgasificación de carbón que tiene lugar bajo atmósfera de oxígeno a 400°C. Se han realizado medidas ex situ de microscopia de fuerzas atómicas (AFM) y microscopia de sonda de barrido (KPFM) para la caracterización de las nanoestructuras (nano-tiras y nano-anillos) que aparecen tras el proceso de re-oxidación.
El siguiente Capítulo 4 representa la parte principal del presente trabajo. Muestra los resultados del crecimiento de ZnO sobre HOPG y grafeno/Cu. De esta manera, primero se descre el modo de crecimiento de ZnO sobre HOPG y la interacción entre ambos. El estudio in situ fue realizado mediante XPS, mientras que medidas ex situ de AFM, microscopia de electrones secundarios (SEM) y espectroscopia Raman complementan la discusión. Además y por propósitos comparativos, el sistema ZnO/HOPG fue sometido a los mismos procesos de re-oxidación que el sistema CoO/HOPG. El siguiente punto consiste en la caracterización del crecimiento de ZnO sobre grafeno/Cu, con especial énfasis en los primeros estadios de crecimiento del ZnO y la influencia en ellos del estado inicial y local del sustrato grafeno/Cu. Para este estudio, medidas in situ de XPS se han llevado a cabo, completadas con medidas ex situ de AFM, SEM, espectroscopia Raman y microscopia de electrones fotoemitidos (PEEM). Tras esto se discuten los cambios observados en el acoplamiento electrónico entre grafeno y cobre tras el crecimiento de ZnO, relacionándolos con el desacoplamiento inducido por el agua en el sistema grafeno/Cu. Para este propósito las principales técnicas utilizadas han sido XPS, AFM, microscopía de transmisión de electrones (TEM) y espectroscopia Raman.
El último Capítulo 5 está dedicado al desarrollo de membranas de Al2O3 de entre 1 y 3 nm de espesor para separar alto vacío de líquidos y gases con el fin de realizar medias de XPS de intercaras de sólido/gas y sólido/líquido. Esta parte se corresponde con el trabajo desarrollado en el Lawrence Berkeley National Laboratory, bajo la supervisión del Profesor Miquel Salmerón. El óxido metálico es crecido primeramente en un soporte suspendido (grafeno o polímero Formvar dispuestos en membranas perforadas de SiN y recubiertas de Ay/Cr) mediante depósito atómico de capas (ALD). Estas membranas son posteriormente caracterizadas ex situ mediante XPS, AFM, SEM, TEM y espectroscopia Raman, y fueron testadas bajo condiciones reales de funcionamiento, llevándose a cabo medidas in situ de NAP-XPS.
Cada uno de los capítulos anteriores contiene una discusión de los resultados y una sección final con las principales conclusiones. Como último capítulo se presenta una evaluación crítica de los resultados aportados en el presente trabajo en cada uno de los campos científicos y tecnológicos aquí descritos, de modo que se enfatice el contexto científico en el cual se presenta esta memoria.
La última sección, escrita solamente en castellano, no tiene ningún contenido específicamente científico. Por el contrario, se trata de una discusión personal a cerca de la política científica de España, repasando tanto los puntos fuertes como débiles. En particular, las nociones de competitividad y excelencia, que en las últimas décadas definen la producción de ciencia y la promoción de normas basadas en (solo) el criterio de publicación. Realmente considero que es necesario una revisión de cómo hacemos ciencia para poder mejorar y solucionar los aspectos negativos y reforzar los positivos. Esta última sección no es necesaria para una comprensión global del presente trabajo.
