Por favor, use este identificador para citar o enlazar este ítem:
http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/3858| Influencia de los defectos cristalinos en las propiedades opto-eléctricas de nanocintas de hidroxiapatita The influence of crystalline defects on the optical and electrical properties of hydroxyapatite nanobelts | |
| VERONICA JAZMIN HUERTA GUERRA | |
| Manuel Herrera Zaldívar | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Hidroxiapatita, nanocintas, defectos puntuales, luminiscencia, ferroeléctrico Hydroxyapatite, nanobelts, point defects, luminescence, ferroelectric | |
| La hidroxiapatita o HAp [Ca10(PO4)6(OH)2] es el componente biomineral principal encontrado en tejidos óseos. La HAp sintética con biocompatibilidad y osteoconductividad comparable a la de HAp natural se ha utilizado para diversas aplicaciones biomédicas. La HAp dopada con iones de tierras raras se usa normalmente para adquirir imágenes de contraste mejorado, dada la luminiscencia de dichos iones. Sin embargo, se ha demostrado que las nanoestructuras de HAp no estequiométrica exhiben luminiscencia debido a defectos originados durante la síntesis. En este trabajo identificamos estos defectos cristalinos y su efecto en las propiedades ópticas y eléctricas de nanocintas de HAp. Primero sintetizamos polvos de nanocintas de HAp por un método hidrotermal modificado y después, fabricamos pastillas con las muestras en polvo usando distintos valores de presión. Las pastillas se irradiaron con un haz de electrones y un haz de iones de galio para modificar la estructura de defectos presentes en estas nanocintas e identificar los más estables. Encontramos que las nanocintas de HAp no estequiométrica son altamente cristalinas y exhiben una emisión ancha a lo largo del rango visible formada por diversas componentes atribuidas a defectos puntuales como vacancias de iones calcio (Ca), oxígeno (O) e hidroxilo (OH). Esto último de acuerdo con estudios realizados por fotoluminiscencia (PL) y catodoluminiscencia (CL). Asimismo, encontramos que las nanocintas de HAp exhiben CL en el rango infrarrojo cercano, revelando una emisión ancha atribuida a vacancias de Ca. Como parte de la caracterización eléctrica, se determinaron las curvas I-V y el comportamiento ferroeléctrico de nanocintas de HAp individuales mediante Microscopía de Fuerza Atómica Conductiva (C-AFM) y Microscopía de Fuerza de Piezorespuesta (PFM), respectivamente. Encontramos que una vez polarizada la nanocinta, la conducción eléctrica es dominada por un mecanismo de tunelamiento directo hasta alcanzar un valor umbral de voltaje. Al superar este valor, la conducción eléctrica es entonces dominada por un mecanismo tipo Poole-Frenkel que es asistido por trampas, en este caso, por las vacancias presentes en las nanocintas. Además, se determinó que las nanocintas de HAp poseen una naturaleza ferroeléctrica mediante gráficas fase-frecuencia obtenidas alrededor de la frecuencia de resonancia en contacto (FRC) del 1er y 2do armónico, usando un método de fase-frecuencia basado en la ley de Rayleigh para la magnetización... Hydroxyapatite or HAp [Ca10(PO4)6(OH)2] is the main biomineral component found in bone tissue. Synthetic HAp with biocompatibility and osteoconductivity comparable to natural HAp has been used for several biomedical applications. HAp doped with rare-earth ions is normally used to acquire contrast-enhanced images, given the luminescence of such ions. However, it has been shown that non-stoichiometric HAp nanostructures exhibit luminescence on their own due to defects originated during synthesis. In this work, we identified these crystalline defects and their effect on the optical and electrical properties of HAp nanobelts. First, we synthesized powders of HAp nanobelts by a modified hydrothermal method, and after that, we fabricated pellets with the powder samples using different pressure values. The pellets were irradiated using an electron beam and a gallium ion beam to modify the structure of the crystalline defects present in these nanobelts and identify the most stable ones. We found that the highly crystalline non-stoichiometric HAp nanobelts exhibit a broad emission along the visible range formed by several components attributed to the presence of point defects such as calcium (Ca), oxygen (O), and hydroxyl (OH) ion vacancies, as shown by photoluminescence (PL) and cathodoluminescence (CL) spectra. We also obtained CL spectra in the near-infrared range that showed a wide emission band attributed to Ca vacancies. As part of the electrical characterization, we determined the I-V curves and ferroelectric behavior of single HAp nanobelts by Conductive Atomic Force Microscopy (C-AFM) and Piezoresponse Force Microscopy (PFM), respectively. We found that once the nanobelt is polarized, the electric conduction is dominated by a direct tunneling mechanism until a voltage threshold value is reached. When exceeding this value, the electric conduction is then dominated by a Poole-Frenkel mechanism assisted by traps, in this case, by vacancies present in the nanobelts. Also, the ferroelectric nature of the HAp nanobelts was confirmed by phase-frequency graphs obtained around the contact resonance frequency (CRF) of the 1st and 2nd harmonics, using a phase-frequency method based on the Rayleigh law for magnetization. Since a ferroelectric material is also piezoelectric, we calculated the piezoelectric coefficient (d33) of a single HAp nanobelt. The result was a d33 value of 16 pm/V, which is comparable to reported values of d33 of semiconductor nanostructures ... | |
| CICESE | |
| 2023 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Huerta Guerra, V.J. 2023. Influencia de los defectos cristalinos en las propiedades opto-eléctricas de nanocintas de hidroxiapatita. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 80 pp. | |
| PROPIEDADES DE LOS MATERIALES | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Nanociencias |
Cargar archivos:
| Fichero | Descripción | Tamaño | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| tesis_Verónica Jazmín Huerta Guerra_27 mar 2023.pdf | Versión completa de la tesis | 5.87 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |