Fabricación de Películas Delgadas de TiO₂ Dopadas con Sn con Post-Cristalización por Solvotermal
DOI:
https://doi.org/10.69681/lajae.v8i1.42Palabras clave:
Cristalización, Solvotermal, Películas delgadas, TiO2Resumen
Películas delgadas de TiO2 son ampliamente estudiadas debido a su gran potencial de aplicación en dispositivos electrónicos u optoelectrónicos. Siendo de gran interés por sus propiedades únicas, que las hacen apropiadas para su uso en transistores de películas delgadas, sensores o celdas solares. Obtener películas delgadas de TiO2 con características óptimas para aplicaciones específicas depende de los procesos de síntesis y fabricación. En este trabajo, se obtuvieron películas delgadas de TiO2 mediante un proceso de baja temperatura y de fácil fabricación, basado en el proceso sol-gel. Se sintetizaron películas de TiO2 dopadas con Sn, para modificar las propiedades físicas. Las películas obtenidas fueron sometidas a un proceso de post cristalización para mejorar su estructura. Las películas de TiO2 dopadas con Sn presentan estructura anatasa con espesores entre 173 a 237 nm y rugosidades menores a 2 nm.
Descargas
Citas
[1] T. Dikici, M. Toparli, Microstructure and mechanical properties of nanostructured and microstructured TiO2 films, Materials Science and Engineering: A 661 (2016) 19–24. https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.03.023.
[2] E. Léonard, V. Jeux, 14 - Illuminating metal oxides containing luminescent probes for personalized medicine, in: S. Sagadevan, J. Podder, F. Mohammad (Eds.), Metal Oxides for Optoelectronics and Optics-Based Medical Applications, Elsevier, 2022: pp. 339–395. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/B978-0-323-85824-3.00015-4.
[3] A.S. Hassanien, A.A. Akl, Optical characterizations and refractive index dispersion parameters of annealed TiO2 thin films synthesized by RF-sputtering technique at different flow rates of the reactive oxygen gas, Physica B Condens Matter 576 (2020). https://doi.org/10.1016/j.physb.2019.411718.
[4] B.D. Bhuskute, H. Ali-Löytty, J. Saari, A. Tukiainen, M. Valden, Ti 3+ Self-Doping-Mediated Optimization of TiO 2 Photocatalyst Coating Grown by Atomic Layer Deposition , ACS Applied Engineering Materials 2 (2024) 2278–2284. https://doi.org/10.1021/acsaenm.4c00372.
[5] R.T. Mittireddi, N.H. Makani, D.G. Prajapati, A.R.S. Gautam, R. Banerjee, E. Panda, Microstructure-induced functionality in titanium dioxide thin films, Mater Charact 199 (2023). https://doi.org/10.1016/j.matchar.2023.112818.
[6] B. Bajorowicz, M.P. Kobylański, A. Malankowska, P. Mazierski, J. Nadolna, A. Pieczyńska, A. Zaleska-Medynska, 4 - Application of metal oxide-based photocatalysis, in: A. Zaleska-Medynska (Ed.), Metal Oxide-Based Photocatalysis, Elsevier, 2018: pp. 211–340. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/B978-0-12-811634-0.00004-4.
[7] H.N.C. Dharma, J. Jaafar, N. Widiastuti, H. Matsuyama, S. Rajabsadeh, M.H.D. Othman, M.A. Rahman, N.N.M. Jafri, N.S. Suhaimin, A.M. Nasir, N.H. Alias, A Review of Titanium Dioxide (TiO2)-Based Photocatalyst for Oilfield-Produced Water Treatment, Membranes (Basel) 12 (2022). https://doi.org/10.3390/membranes12030345.
[8] T.C. Paul, M.H. Babu, J. Podder, B.C. Dev, S.K. Sen, S. Islam, Influence of Fe3+ ions doping on TiO2 thin films: Defect generation, d-d transition and band gap tuning for optoelectronic device applications, Physica B Condens Matter 604 (2021). https://doi.org/10.1016/j.physb.2020.412618.
[9] C. Negi, P. Kandwal, J. Rawat, M. Sharma, H. Sharma, G. Dalapati, C. Dwivedi, Carbon-doped titanium dioxide nanoparticles for visible light driven photocatalytic activity, Appl Surf Sci 554 (2021). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.149553.
[10] Q. Zou, Y. Yamasaki, Y. Nishi, M. Matsubara, R. Osuga, K. Ninomiya, M. Nishibori, A. Muramatsu, K. Kanie, Cu-Doped TiO 2 Nanoparticle-Based Thin Films Obtained via the Mist-Deposition Method and Their Photocatalytic Antibacterial Properties , ACS Applied Engineering Materials 3 (2025) 1200–1209. https://doi.org/10.1021/acsaenm.5c00071.
[11] M.F. Gálvez-López, M.J. Muñoz-Batista, C.G. Alvarado-Beltrán, J.L. Almaral-Sánchez, B. Bachiller-Baeza, A. Kubacka, M. Fernández-García, Sn modification of TiO2 anatase and rutile type phases: 2-Propanol photo-oxidation under UV and visible light, Appl Catal B 228 (2018) 130–141. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.01.075.
[12] A. Arunachalam, S. Dhanapandian, C. Manoharan, Effect of Sn doping on the structural, optical and electrical properties of TiO2 films prepared by spray pyrolysis, Physica E Low Dimens Syst Nanostruct 76 (2015) 35–46. https://doi.org/10.1016/j.physe.2015.09.048.
[13] R. Graillot-Vuillecot, A.-L. Thomann, T. Lecas, C. Cachoncinlle, E. Millon, A. Caillard, Properties of Ti-oxide thin films grown in reactive magnetron sputtering with self-heating target, Vacuum 197 (2022) 110813. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2021.110813.
[14] Q. Zhang, C. Li, Pure anatase phase titanium dioxide films prepared by mist chemical vapor deposition, Nanomaterials 8 (2018). https://doi.org/10.3390/nano8100827.
[15] M.G. Ambartsumov, O.M. Chapura, V.A. Tarala, Synthesis of titanium dioxide thin films via thermo- and plasma-enhanced atomic layer deposition, Appl Surf Sci 672 (2024) 160822. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.160822.
[16] J.A. Camez-Cota, P. Gómez-López, A. Gaxiola, R.A. Várgas-Ortiz, V.M. Orozco-Carmona, R. Ramírez-Bon, A. Castro-Beltrán, C.G. Alvarado-Beltrán, A green approach modifications of TiO2 thin films for UV photophysical applications, Opt Mater (Amst) 165 (2025). https://doi.org/10.1016/j.optmat.2025.117153.
[17] D. Sánchez-Ahumada, L.J. Verastica-Ward, M.F. Gálvez-López, A. Castro-Beltrán, R. Ramirez-Bon, C.G. Alvarado-Beltrán, Low-temperature synthesis and physical characteristics of PS[sbnd]TiO 2 hybrid films for transparent dielectric gate applications, Polymer (Guildf) 172 (2019) 170–177. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2019.03.067.
[18] S. Obregón, V. Rodríguez-González, Photocatalytic TiO2 thin films and coatings prepared by sol–gel processing: a brief review, J Solgel Sci Technol 102 (2022) 125–141. https://doi.org/10.1007/s10971-021-05628-5.
[19] Y.F. Ma, Y.M. Wang, J. Wen, A. Li, X.L. Li, M. Leng, Y.B. Zhao, Z.H. Lu, Review of roll-to-roll fabrication techniques for colloidal quantum dot solar cells, Journal of Electronic Science and Technology 21 (2023). https://doi.org/10.1016/j.jnlest.2023.100189.
[20] A.K. Vishwakarma, N.K. Yadav, A.K. Sharma, P. Yadav, S.K. Yadav, L. Yadava, Morphological and electronic properties of titanium dioxide thin film, Mater Today Proc 42 (2021) 1642–1646. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.07.474.
[21] S.M. Al Amin, M.A. Kowser, Influence of Ag doping on structural, morphological, and optical characteristics of sol-gel spin-coated TiO2 thin films, Heliyon 10 (2024). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e37558.
[22] Y. Jiang, H. Liu, K. Shi, C. Tang, J. Song, Effect of annealing temperature on wettability of TiO2/PDA thin films, Surf Coat Technol 411 (2021). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2021.126994.
[23] S.A. Bhandarkar, Prathvi, A. Kompa, M.S. Murari, D. Kekuda, R.K. Mohan, Investigation of structural and optical properties of spin coated TiO2:Mn thin films, Opt Mater (Amst) 118 (2021). https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.111254.
[24] A. Moatti, R. Bayati, J. Narayan, Epitaxial growth of rutile TiO2 thin films by oxidation of TiN/Si{100} heterostructure, Acta Mater 103 (2016) 502–511. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.10.022.
[25] B. Zhang, G. Xu, S. Liu, F. Chi, Y. Tian, Electrochromic TiO2 films by a facile solvothermal process: Effect of ethanol content on growth and performance, Opt Mater (Amst) 122 (2021) 111744. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.111744.
[26] A.H. Mamaghani, F. Haghighat, C.-S. Lee, Hydrothermal/solvothermal synthesis and treatment of TiO2 for photocatalytic degradation of air pollutants: Preparation, characterization, properties, and performance, Chemosphere 219 (2019) 804–825. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.12.029.
[27] G. Arthi, J. Archana, M. Navaneethan, S. Ponnusamy, Y. Hayakawa, C. Muthamizhchelvan, S.G. Ramaraj, Solvothermal synthesis of 3D hierarchical rutile TiO2 nanostructures for efficient dye-sensitized solar cells, Mater Lett 337 (2023) 133961. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.matlet.2023.133961.
[28] K. Ono, K. Kimura, T. Kato, K. Hayashi, R.M.G. Rajapakse, M. Shimomura, Epitaxial growth of a homogeneous anatase TiO2 thin film on LaAlO3 (001) using a solvothermal method with anticorrosive ligands, Chemical Engineering Journal 451 (2023) 138893. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138893.
[29] D.R. Sarker, M.N. Uddin, M. Elias, Z. Rahman, R.K. Paul, I.A. Siddiquey, M.A. Hasnat, R. Karim, M.A. Arafath, J. Uddin, P-doped TiO2-MWCNTs nanocomposite thin films with enhanced photocatalytic activity under visible light exposure, Clean Eng Technol 6 (2022). https://doi.org/10.1016/j.clet.2021.100364.
[30] D. Rajkumar, H. Umamahesvari, P. Nagaraju, Micro spherical anatase phase TiO2 thin films for room temperature operated formaldehyde gas sensor applications, Results Chem 5 (2023). https://doi.org/10.1016/j.rechem.2023.100946.
[31] E.R. Silva-Osuna, A.R. Vilchis-Nestor, R.C. Villarreal-Sanchez, A. Castro-Beltran, P.A. Luque, Study of the optical properties of TiO2 semiconductor nanoparticles synthesized using Salvia rosmarinus and its effect on photocatalytic activity, Opt Mater (Amst) 124 (2022). https://doi.org/10.1016/j.optmat.2022.112039.
[32] A. Castro-Beltrán, P.A. Luque, H.E. Garrafa-Gálvez, R.A. Vargas-Ortiz, A. Hurtado-Macías, A. Olivas, J.L. Almaral-Sánchez, C.G. Alvarado-Beltrán, Titanium butoxide molar ratio effect in the TiO2 nanoparticles size and methylene blue degradation, Optik (Stuttg) 157 (2018) 890–894. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2017.11.185.
[33] S. Shukla, S. Shirodkar, E. Panda, Anatase to rutile transition in TiO2 thin films: Role of tantalum and oxygen, J Alloys Compd 1006 (2024) 176242. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.176242.
[34] K. Basavaraj, A. Nyayban, S. Panda, Structural phase transitions and elastic properties of TiO 2 polymorphs: Ab-initio study , IOP Conf Ser Mater Sci Eng 1248 (2022) 012064. https://doi.org/10.1088/1757-899x/1248/1/012064.
[35] M. Song, Z. Lu, D. Li, Phase transformations among TiO2polymorphs, Nanoscale 12 (2020) 23183–23190. https://doi.org/10.1039/d0nr06226j.
[36] D.A.S. Mulus, M.D. Permana, Y. Deawati, D.R. Eddy, A current review of TiO2 thin films: synthesis and modification effect to the mechanism and photocatalytic activity, Applied Surface Science Advances 27 (2025). https://doi.org/10.1016/j.apsadv.2025.100746.
[37] A. Artesani, S. Mosca, M.V. Dozzi, G. Valentini, D. Comelli, Determination of crystal phases in mixed TiO2 paint films by non-invasive optical spectroscopies, Microchemical Journal 155 (2020). https://doi.org/10.1016/j.microc.2020.104739.
[38] İ. Kanmaz, M. Tomakin, G. Aytemiz, M. Manır, V. Nevruzoğlu, Influence of Thermal Annealing on the Band-Gap of TiO2 Thin Films Produced by the Sol-Gel Method, Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi 5 (2024) 49–56. https://doi.org/10.53501/rteufemud.1395013.
[39] S. Sassi, A. Bouich, A. Hajjaji, L. Khezami, B. Bessais, B.M. Soucase, Cu-Doped TiO2 Thin Films by Spin Coating: Investigation of Structural and Optical Properties, Inorganics (Basel) 12 (2024) 188. https://doi.org/10.3390/inorganics12070188.
[40] R. Rajeswari, D. Venugopal, A. George, A.D. Raj, S.J. Sundaram, A.K.H. Bashir, M. Maaza, K. Kaviyarasu, Synthesis and characterization of Sn-doped TiO2 film for antibacterial applications, Appl Phys A Mater Sci Process 127 (2021). https://doi.org/10.1007/s00339-021-04656-w.
Descargas
Publicado
Cómo citar
Licencia
Derechos de autor 2025 Jesús Camez Cota, Paulette Gómez López, Alberto Gaxiola, Diana Sánchez Ahumada, Rafael Ramírez Bon, Manuel Cota Ruiz, Andrés Castro Beltrán, Clemente Alvarado Beltrán
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
Los autores/as que publiquen en Latin American Journal of Applied Engineering aceptan las siguientes condiciones:
- Los autores/as conservan los derechos de autor y ceden a la revista el derecho de la primera publicación, con el trabajo registrado con la licencia de atribución de Creative Commons 4.0, que permite a terceros utilizar lo publicado siempre que mencionen la autoría del trabajo y a la primera publicación en esta revista.
- Los autores/as pueden realizar otros acuerdos contractuales independientes y adicionales para la distribución no exclusiva de la versión del artículo publicado en esta revista (p. ej., incluirlo en un repositorio institucional o publicarlo en un libro) siempre que indiquen claramente que el trabajo se publicó por primera vez en esta revista.
- Se permite y recomienda a los autores/as a compartir su trabajo en línea (por ejemplo: en repositorios institucionales o páginas web personales) antes y durante el proceso de envío del manuscrito, ya que puede conducir a intercambios productivos, a una mayor y más rápida citación del trabajo publicado.
