Implementación de un modelo matemático para el control de espesores de películas de BaTiO3/PVDF por spin- coating

Abstract

Las películas delgadas juegan un papel esencial en el desarrollo e investigación de nanomateriales con propiedades nuevas dando aplicaciones que pueden ser desde un simple recubrimiento para evitar la corrosión, hasta aplicaciones fotovoltaicas y de microelectrónica. Se estudiaron películas sintetizadas a partir de Titanato de Bario (BaTiO3) y Fluoruro de Polivinilideno (PVDF) disuelto en N, N-dimetilformamida (DMF) HCON(CH3)2, por la metodología sol gel para la preparación de las nanopartículas. Las películas fueron depositadas por el método de deposición por centrifugación (spin-coating). Utilizado un modelo matemático propuesto por Emslie et al., se llevó a cabo una modelación para la predicción de grosores y controlar el espesor de las películas a partir de las concentraciones seleccionadas buscando beneficiar la obtención de películas delgadas uniformes y que promuevan la conversión de fase beta cristalina del PVDF. Para la deposición se llevó a cabo un estudio reológico de la solución a envejecer de PVDF / BaTiO3 para conocer algunos parámetros de viscoelasticidad usados en el modelo matemático. Por último, se desarrolló un diseño experimental variando la concentración de nanopartículas añadidas y evaluando los grosores de las películas con las del modelo matemático. Las concentraciones seleccionadas tras las pruebas exploratorias con el PVDF y BaTiO3 variaron de 0.02-0.05 g/10mL y 0.10-0.15 g/100mL respectivamente en relación con el peso del DMF. La velocidad de deposición utilizada fue de 2000 rpm. Las películas se caracterizaron por perfilometría, espectroscopia infrarroja y difracción de rayos X, a fin de conocer la composición y estructura, para el estudio de la conversión de fase β obteniendo hasta en un 80% para las películas con 10% de concentración de BaTiO3 depositadas sobre substratos de silicio y vidrio, evaluando valores similares obtenidos en el modelo matemático para las pruebas usando perfilometría para corroborar el grosor (en µm) de las películas.