Desarrollo

Fig.5

En este trabajo nos interesamos en sintetizar nanopartículas metálicas de oro, plata o cobre dentro de una matriz de SiO2, ya que éstas presentan propiedades ópticas muy interesantes con potenciales aplicaciones tecnológicas en la optoelectrónica. La técnica que utilizamos es la implantación de iones y para ello usamos el acelerador Peletrón del Instituto de Física (ver Fig. 5). Como su nombre lo indica, el Peletrón es un equipo con el que podemos acelerar iones de prácticamente cualquier elemento de la tabla periódica a energías mayores a los 2 MeV (megaelectronvolts). En la Fig. 6 explicamos brevemente cómo funciona el acelerador Peletrón.

¿Cómo funciona el acelerador Peletrón?

Una cadena formada por barras de metal (llamadas pellets) y plástico lleva carga eléctrica de una fuente de alta tensión positiva a la terminal, situada en el centro del acelerador. Las fuentes de iones producen iones negativos (a partir de elementos sólidos o gaseosos), que son atraídos y acelerados por la terminal, dándoles una energía inicial que depende de la tensión en la terminal.En el centro de la terminal hay una nube de nitrógeno, que arranca electrones de los iones acelerados, convirtiéndolos entonces en iones positivos. Éstos son ahora empujados por la terminal, dándoles una segunda aceleración y aumentando su energía. El electroimán selector desvía los iones positivos hacia las líneas de experimentación, seleccionando su carga, masa y energía.

La implantación de iones con energías muy altas nos permite introducir “a la fuerza” casi cualquier elemento al interior de la muestra a la que queremos modificar sus propiedades. De esta manera los iones, al ir atravesando la muestra, interactúan con los átomos que la constituyen y se producen distintos fenómenos físicos que modifican las propiedades. La Fig. 7 nos indica esquemáticamente cómo los iones quedan implantados a una cierta profundidad respecto a la superficie de la muestra y los defectos creados al atravesarla. Generalmente es necesario efectuar tratamientos térmicos para lograr la formación de las nanopartículas a partir de los átomos implantados mediante la nucleación y crecimiento de las mismas [5].

Interacción de la radiación con la materia Al atravesar la materia, los iones pueden producir: _ excitación, ionización de los átomos _ desplazamientos - vacancias, átomos intersticiales - desorden, defectos, - daños estructurales, amorfización - precipitados, clusters En la muestra le pueden ocurrir: - cambios en la composición - difusión de los componentes - calentamiento - tensiones, esfuerzos Los iones implantados dentro del material modifican todo tipo de propiedades físicas y químicas: - mecánicas (resistencia, dureza, etc) - ópticas, eléctricas, electró-químicas - magnéticas, superconductoras, etc.

Fig.7

Los parámetros experimentales de nuestros experimentos para producir nanopartículas metálicas en SiO2 son los siguientes [6]:

* Usamos muestras de cuarzo (SiO2) de alta pureza.

* Realizamos la implantación de iones a temperatura ambiente:

Tipo de ion: oro (Au), plata (Ag) o cobre (Cu).
Energía: 2 MeV.
Dosis: 1×1016 hasta 2×1017 iones/cm2 (cantidad de iones implantados).

Temperaturas: 300ºC, 600ºC y 900ºC.
Tiempo: 1 hora.
Atmósferas utilizadas:
- atmósfera reductora (50% N2+50% H2).
- atmósfera oxidante (aire).