Estudio teórico de la reactividad de superficies funcionalizadas de silicio

• Autores: Soria, Federico Ariel
• Año de publicación: 2012
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Paredes Olivera, Patricia A.; Pierini, Adriana Beatriz; Lacconi, Gabriela Inés; Villarreal, Marcos Ariel; Busnengo, Heriberto Fabio
• Materia: Nanotecnología; Nanoestructuras; Solidos; Superficie [física]; Química de superficie; Teoría funcional de la densidad; Silicio; Oxidación
• Institución: Universidad Nacional de Córdoba

Tesis (Dr. en Ciencias Químicas)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2012.
Fil: Soria, Federico Ariel Universidad. Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Teórica y Computacional; Argentina.
Fil: Soria, Federico Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina.
Durante el desarrollo de la Presente Tesis Doctoral se realizó un estudio teórico, al nivel de la teoría del funcional de la densidad (DFT), de la reactividad de superficies modificadas de silicio, con el propósito de dilucidar los mecanismos de reacción involucrados en los siguientes procesos: a) reactividad de NH3 con superficies doradas e hidrogenadas de Si(100)-2x1. b) Reactividad de NH3, H20, H2S, CH3NH2, C113011 y CH3SH con superficies doradas hidrogenadas y parcialmente doradas de Si(1 11). c) Oxidación de la superficie hidrogenada de Si(1 11) y d) reactividad de superficies alquiladas con átomos metálicos. En primer lugar, se comprendieron las observaciones experimentales que indican que la superficie hidrogenada de Si(100)-2x 1, expuesta a una atmósfera de NH3 a 75 oc, no produce grupos SiNH2 superficiales, mientras que en las mismas condiciones, en la superficie dorada, se produce la formación de grupos SiNH2 con un cubrimiento del 33%. Se comprendió que la reactividad de estas superficies esta mediada por la cinética de la reacción. Mientras que la reacción en la superficie hidrogenada posee una Eact= 38.3 kcal/mol, en la superficie dorada la Eact= 12.4 kcal/mol. Seguidamente, se estudió la reactividad de las superficies doradas e hidrogenadas de Si(111) frente a NH3, H2O, H2S, cH3NH2, cH3oH y CH3SH y se obtuvieron reactividades similares. A diferencia de la cara 100, tanto la superficie dorada como la hidrogenada, son prácticamente no reactivas a temperaturas cercanas a la ambiente, debido a que la energía de activación para los procesos es superior a 30 kcal/mol, indicando que la reacción se produciría en un tiempo del orden de 1012 s. Estos resultados están de acuerdo con las observaciones experimentales. Por el contrario, la superficie parcialmente dorada de Si(1 11) es la mejor candidata para funcionalizar la superficie con las moléculas estudiadas. De esta manera, la misma se puede utilizar como plataforma para la funcionalización selectiva, dado que la reacción sobre los sitios SiC1 posee Eact menores que la reacción sobre los grupos SiH. Por otro lado se estudió el mecanismo de oxidación de la superficie hidrogenada de Si(111). Se determinó que esta superficie es estable en una atmósfera de vapor de 1120 y de 02,10 cual corrobora las observaciones experimentales. Sin embargo, la presencia de radicales, tales como el radical OH, pueden a abstraer un átomo de 11 desde un grupo Sil. Este fenómeno produce la formación de un radical silio superficial. Sobre este radical la molécula de 02 puede reaccionar para dar lugar a la oxidación de los enlaces Si—Si. Este mecanismo explica las observaciones experimentales, tales como el crecimiento del óxido capa por capa y la formación de parches de óxidos. Por último, se estudió la interacción de átomos metálicos con superficies de Si(1 1 1)modificadas con cadenas alifáticas terminadas en diferentes grupos terminales, con el objeto de entender los mecanismos involucrados en la formación de uniones metal/monocapa/silicio. Los metales estudiados fueron Cu, Ag y Au. El metal que presenta las mejores condiciones es el Au, mientras que el grupo terminal optimo para formar tales uniones es el grupo tiol (—SH). Asimismo se estudió la interacción de conglomerados de metálicos con la superficie hidrogenada, metilada y modificada con cadenas alifáticas terminadas en grupos tiol y amino. Se determinó que estos últimos son los mejores para fijar la nanoestructura a la superficie.
Fil: Soria, Federico Ariel Universidad. Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Teórica y Computacional; Argentina.
Fil: Soria, Federico Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina.