Advanced applications of porous silicon: Biofunctionalized luminescent particles and ZnO based white light emitting nanocomposites

Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Física Aplicada. Fecha de lectura: 30-10-2015

Detalles Bibliográficos
Autor: Gallach, Darío
Tipo de recurso: tesis doctoral
Fecha de publicación:2015
País:España
Institución:Universidad Autónoma de Madrid
Repositorio:Biblos-e Archivo. Repositorio Institucional de la UAM
Idioma:inglés
OAI Identifier:oai:repositorio.uam.es:10486/669477
Acceso en línea:http://hdl.handle.net/10486/669477
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Palabra clave:Silicio - Tesis doctorales
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spelling Advanced applications of porous silicon: Biofunctionalized luminescent particles and ZnO based white light emitting nanocompositesGallach, DaríoSilicio - Tesis doctoralesFísicaTesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Física Aplicada. Fecha de lectura: 30-10-2015Porous silicon (PS) is a material with special properties. Its most relevant characteristic is the efficient photoluminescence at room temperature caused by quantum confinement, but not less attractive are its biocompatibility and high surface to volume ratio. All these properties make this material especially suitable for biomedical and optoelectronic applications and thus, the present study aims at deepening in PS conditioning towards applications in these fields. On the one hand, the functionalization of luminescent PS particles has been studied for possible biomedical applications by two different ways: silanization (using 3-Aminopropyltriethoxysilane) and pegilation (using polyethylene-glycol). Both molecules have attractive properties: the former has amino capping groups (-NH2) capable of linking biomolecules such proteins or DNA to the particles, while the latter (with two hydroxyl (-OH) ending groups), makes the particles more soluble in aqueous media. The synthesis and full colloidal and surface characterization has been achieved, showing that PS is conveniently conjugated forming particles in the micron range. In addition, it has been considered how functionalization protects the particles from oxidation, preserving their luminescence for longer time with respect to pristine PS particles. On the other hand, new applications of PS are envisaged by a proper combination with zinc oxide (ZnO) to produce ZnO-PS nanocomposites. The structures where grown by combining the electrochemical anodization of Si with a sol-gel process for permeation of the formed PS with ZnO. Intermediate annealing temperatures have been optimized to crystallize the ZnO nanoclusters, making these compatible with the presence of Si quantum dots within PS. More specifically, this work is focused in the existent correlation between luminescence and the PS-ZnO fine structure after sample annealing at different temperatures in air. The luminescence changes allows us to tune the emission and form white light electroluminescent devices based exclusively on PS and ZnO. Furthermore, the lack of a model that explains the electrical behavior and the mechanism of white-light emission from these structures moved us to propose oneEl silicio poroso (PS) es un material con propiedades especiales. Su característica más relevante es la luminiscencia a temperatura ambiente causada por el confinamiento cuántico, pero no son menos atractivas su biocompatibilidad y elevada relación superficie-volumen. Todas ellas hacen del PS un material adecuado para aplicaciones en biomedicina y optoelectrónica. Por ello, el presente estudio pretende profundizar en su aplicación en estos campos. Por un lado, se han estudiado dos maneras diferentes de funcionalizar nanopartículas luminiscentes de PS para aplicaciones biomédicas: silanización (con 3-Aminopropiltrietoxisilano) y pegilación (con polietilenglicol). Ambas moléculas tienen propiedades atractivas: la primera posee terminaciones amino (-NH2) capaces de enlazar biomoléculas tales como proteínas o ADN a las partículas, mientras que la segunda tiene terminaciones hidroxilo (-OH), que hace que sean más duraderas en medios acuosos. Se ha llevado a cabo la síntesis y caracterización, observando cómo el PS está conjugado formando partículas en el rango de las micras. Además, se ha considerado cómo la funcionalización protege a las partículas de la oxidación, preservando su luminiscencia por períodos más largos de tiempo en comparación con partículas no modificadas. Por otro lado, la combinación de PS y óxido de zinc (ZnO) para formar nanocompositos de PS-ZnO abre la posibilidad de nuevas aplicaciones. Estas estructuras fueron sintetizadas combinando la anodización electroquímica del Si con un proceso de sol-gel para su permeabilización con ZnO. Se han optimizado los tratamientos térmicos a temperaturas moderadas en aire para cristalizar el ZnO, haciendo que sea compatible con la presencia de puntos cuánticos de Si existentes en el PS. Específicamente, esta parte del trabajo se centra en la correlación existente entre la luminiscencia y la estructura fina de los nanocompositos de PS-ZnO. Los cambios en la luminiscencia permiten ajustar la emisión y producir dispositivos electroluminiscentes de luz blanca basados exclusivamente en PS y ZnO. Además, se propone un modelo que explica el comportamiento eléctrico y el mecanismo de emisión de luz blancaManso Silván, MiguelTorres Costa, VicenteDepartamento de Física AplicadaFacultad de Ciencias20152015-10-30doctoral thesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06NAhttp://purl.org/coar/version/c_be7fb7dd8ff6fe43info:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10486/669477reponame:Biblos-e Archivo. Repositorio Institucional de la UAMinstname:Universidad Autónoma de MadridInglésengopen accesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessoai:repositorio.uam.es:10486/6694772026-06-23T12:46:27Z
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