Siguen creciendo las aplicaciones científicas y nanotecnológicas del óxido de zinc

El ZnO presenta nuevas oportunidades al ser incluido en celdas solares con grafeno
julio 11, 2018
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Electrónica

El óxido de zinc es uno de los materiales más prometedores en cuanto al campo de la electrónica, por poseer propiedades ópticas excelentes en el ultravioleta. Podría sustituir a diodos láser emisores de luz (LED) visible, como el arseniuro de galio. Además el óxido de Zn puede actuar como sustrato en heteroepitaxias (de GaN por ejemplo). Entre las características que han llevado al óxido de zinc a ser utilizado en electrónica caben destacar: * Es un semiconductor de gap ancho: 3,35 eV. * Posee gap directo a temperatura ambiente. * Alta conductividad eléctrica. * Alta transmisión óptica en el visible y alta reflectancia en el infrarrojo. * Buena estabilidad térmica y química.

Nanotecnología

El óxido de zinc tiene un gran interés tecnológico en estructuras de baja dimensionalidad. Se pueden obtener múltiples nanoestructuras en forma de nanopartículas, nanohílos, nanofibras… Científicos de la universidad de Karlsruhe han fabricado nanovarillas de este material que emiten luz, éstas pueden aplicarse en proyectos y dispositivos que necesiten nanoláseres en el ultravioleta, es decir de longitud de onda corta. También se han creado nanoláseres de nanohílos de ZnO y GaN. Estos nanohílos pueden funcionar como medio activo y como microcavidad láser emitiendo en el rango ultravioleta y a temperatura ambiente.

Espintrónica

En primer lugar definiremos la espintrónica. La espintrónica es una tecnología emergente que explota tanto la carga del electrón como su espín, que se manifiesta como un estado de energía magnética débil. Bien pues el ZnO también ha sido considerado para aplicaciones electrónicas: si es dopado con 1-10 % de iones magnéticos como el Fe, Mn, Co… , el ZnO puede volverse ferromagnético incluso a temperatura ambiente, volviéndose adecuado para dichas aplicaciones espintrónicas.

Piezoelectricidad

Otra aplicación de los nanohílos de ZnO es la de funcionar como generadores de corriente eléctrica aprovechando sus propiedades piezoeléctricas y semiconductoras. Podrían sustituirse las baterías actuales, mucho más voluminosas, y crear dispositivos más pequeños. Un buen desarrollo llegaría a convertir la energía mecánica del movimiento del cuerpo, la contracción muscular o corrientes de fluidos en electricidad. Los nanogeneradores utilizan la electricidad producida al doblar y liberar los nanohílos de ZnO. Para obtener energía suficiente para alimentar un dispositivo nanométrico deben construirse series ordenadas un gran número de estos nanohílos. Además de poder usar estos dispositivos dentro del cuerpo, puesto que el ZnO es biocompatible, también podrían usarse allí donde exista una fuente de energía mecánica. También se han conseguido desarrollar prendas de vestir con estos nanomateriales capaces de abastecer de energía pequeños dispositivos portátiles. Por ejemplo, el ejército ha usado este tipo de tecnología para los trajes de los soldados. Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia propusieron utilizarlos con finalidad médica, podrían implantarse dentro del cuerpo humano y servir como fuente de alimentación de marcapasos o válvulas gracias al movimiento muscular.

Biosensor

En cuanto a su aplicación como biosensor, se ha demostrado que el ZnO puede emplearse para detectar el colesterol. Estos biosensores tienen alta sensibilidad y muy buen límite de detección, se han obtenido con distintas estructuras, pero los que poseen una estructura en forma de flor con forma hexagonal han demostrado mayor sensibilidad.