Nano-redes tridimensionales poliméricas obtenidas mediante infiltración en alúmina porosa.

• Autores: Pedro Miguel de Campos Resende
• Directores de la Tesis: María de la Soledad Martín González (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2021
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Daniel Jaque García (presid.), Alvaro Blanco Montes (secret.), Aurora Nogales Ruiz (voc.), André Trindade Pereira (voc.), Ruy Sanz González (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Materiales Avanzados y Nanotecnología por la Universidad Autónoma de Madrid
• Materias:
  • Física
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • Nano-redes poliméricas han sido desarrolladas a partir de diferentes métodos en la literatura, y su aplicación ha sido demostrada en diversas áreas como los sensores, energía, separación y filtración. En los últimos años, nuestro grupo de investigación ha desarrollado la nanoestructuración tridimensional de polímeros a partir del uso de plantillas tridimensionales nanoporosas de óxido de aluminio (3D-AAO), pulsando entre dos valores de voltaje seguido de un tratamiento químico posterior para abrir los canales transversales. En ésta tesis doctoral se aborda la fabricación de plantillas 3D-AAO siguiendo una estrategia de anodización diferente pulsado en corriente. Este proceso consiste en la aplicación de pulsos de más alta densidad con pulsos de baja densidad de corriente que, combinado con el efecto del electrólito, produce directamente plantillas 3D interconectadas. Debido a la periodicidad de estas estructuras, las plantillas 3D-AAO se comportan como reflectores de Bragg, presentando colores brillantes e iridiscencia ajustable. Un estudio detallado del efecto de baja densidad de corriente en el anodizado del aluminio es también discutido, identificando la formación de nanoporos tan pequeños como 8 nm durante ese proceso. Este tipo de nanoporos pueden ser observados en las interconexiones de las plantillas 3D-AAO obtenidas de ésta manera. La aplicación del método de pulsado en densidad de corriente es además ampliada a la realización de plantillas 3D en superficies curvadas y en aluminio de baja pureza (utilizando aleaciones de 95% de pureza) durante este trabajo de tesis.

    El uso de las plantillas 3D-AAO obtenidas para la fabricación de nano-redes poliméricas es también explorado. Se han infiltrado diferentes polímeros en estas plantillas: tres tipos diferentes de polietileno, un termoplástico; y ácido poli-láctico, un poliéster termoplástico, que es también biocompatible y biodegradable. Las nano-redes poliméricas obtenidas adquieren las mismas propiedades ópticas de las plantillas 3D, resultando en meta-materiales flexibles con colores estructurales brillantes e iridiscencia. Los tres tipos de polietileno han servido para estudiar la influencia de la longitud de la cadena y sus ramificaciones laterales en la organización del polímero dentro de las plantillas 3D-AAO, además de su influencia en la replicación de la estructura de los poros de las plantillas. Mientras que el ácido poli-láctico ha sido utilizado para demostrar la extensión de esta metodología para la fabricación de nano-redes poliméricas basadas en polímeros de más bajo impacto ambiental.

    Finalmente, la aplicación de estas nano-redes poliméricas 3D es también explorada. Se han realizado pruebas de concepto del uso de estos meta-materiales en la fabricación de sensores, y como generadores de energía eléctrica a partir del efecto triboelectrico. Las nano-redes 3D obtenidas, en particular las nano-redes de ácido poli-láctico, presentan aumento de la potencia eléctrica de salida, cuando se compara con una referencia del mismo material no nanoestructurada, debido al aumento de la superficie efectiva. Adicionalmente, la combinación de las nano-redes 3D de ácido poli-láctico con las plantillas 3D-AAO, ha resultado en un aumento significativo de la potencia de salida eléctrica. Estos estudios resultan muy interesantes para la mejora de la producción de energía a partir de la explotación del efecto triboelectrico de estos meta-materiales 3D.