Simulación de Crecimiento de Nanopartículas de ZnO con aplicación en Nanotecología

Abstract

En el contexto actual, los materiales semiconductores juegan un papel importante en el desarrollo tecnológico por sus múltiples aplicaciones en electrónica, optoelectrónica, óptica, mecánica y bioquímica, además de poseer grandes aplicaciones en nanotecnología y biotecnología. El ZnO es un semiconductor del grupo VI-II, con estructura cristalina wurtzita. Cada compuesto semiconductor posee propiedades específicas. En este sentido, el ZnO se presenta como uno de los materiales de mayor proyección científica por su gran variedad de aplicaciones en diferentes campos de la ciencia, en las que se destacan el uso de este como transistor, LED ultra violeta, en celdas solares, cargadores piezoeléctricos y como agente anti patógeno para varias especies de hongos y bacterias. Para conocer más a fondo el comportamiento de este material, es de gran interés estudiar sus condiciones de crecimiento, porque dependiendo de éstas, cambia la morfología del compuesto. Estas variaciones permiten obtener diferentes aplicaciones del ZnO. A partir de esto se pretende estudiar las condiciones de crecimiento adecuadas para obtener nanoestructuras de ZnO, para esto es necesario el uso de herramientas computacionales que permitan crear un modelo cercano al crecimiento obtenido a través de una técnica experimental. Para el estudio de la dinámica del crecimiento se utilizo el codigo LAMMPS (Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator) sobre la plataforma Linux-Ubuntu, la interacción entre los átomos fue mediada por el potencial ReaxxFF para el ZnO, el control de temperatura fue definido por el termostato de Langevin. Con las simulaciones teóricas, se espera analizar el comportamiento vibracional de cada morfología, observar los cambios que se puedan presentar entre ellas y compararlos con espectros de vibración obtenidos experimentalmente. Los resultados obtenidos permiten conocer las condiciones de síntesis para lograr nanoestructuras funcionalizadas con potenciales aplicaciones en el diagnóstico médico y en el desarrollo de la biotecnología. Tanto para átomos como para dímeros distribuidos aleatoriamente se obtuvo una temperatura favorable de crecimiento alrededor de T400K, aunque el parámetro que determina la movilidad atómica variaba entre cada distribución. A partir del análisis de la influencia del pH en el crecimiento se puede concluir que los átomos de hidrógeno impiden el crecimiento adecuado de las estructuras de ZnO. Por último se corroboró la veracidad del modelo a partir del cálculo de propiedades vibracional es de nanovaras de ZnO comparándolas con resultados experimentales, obteniendo coherencia en los resultados (Texto tomado de la fuente)

In the current context, the semiconductor materials play an important role in the technological development for multiple applications in electronic, optic, mechanic and biochemistry, having great applications in nanotechnology and biotechnology. The ZnO is a semiconductor with crystalline wurtzite structure, that belongs to the VI-II group. Each semiconductor has specific properties; in this sense, the ZnO is presented as one of the materials of great scientific projection, emphasizing its use as a transistor, LED ultra violet, solar cells, piezoelectric chargers and as anti-pathogenic agent for several species of fungi and bacteria. To know more about the behavior of this material, it is necessary to study its growth conditions, because ZnO morphology depends on changes in initial conditions, therefore, different ZnO applications are achieved with each nanoestructure. From this, we studied the adequate growth conditions to obtain nanostructures of ZnO. To reach our goal, it is necessary the use of computational tools that allow to create a model close to the growth obtained through an experimental technique. The LAMMPS (Large-scale Atomic / Molecular Massively Parallel Simulator) code on the Linux-Ubuntu platform was used for the study of the growth dynamics, the interaction between the atoms was mediated by ReaxxFF potential for ZnO, the temperature control Was defined by the Langevin thermostat. We analyzed theorical simulations data and vibrational behavior of each morphology, comparing our outcomes with experimental vibration spectra. The obtained results allow to know the synthesis conditions to achieve functionalized nanostructures with potential applications in the medical diagnosis and in development of biotechnology. For both, atoms and dimers randomly distributed, a favorable growth temperature was obtained around T400K, although the parameter that determines atomic mobility varied between each distribution. From the analysis of the influence of the pH in growth we can conclud that hydrogen atoms prevent the adequate growth of the structures of ZnO. Finally, veracity of ZnO vibrational properties model was corroborated with experimental results obtaining coherence with our results