Tesis

La integración de materiales nanoporosos robustos en dispositivos es un tema de gran interés en la actualidad. La alta porosidad genera nuevas funcionalidades relacionadas con la posibilidad del material de interactuar con el entorno o de incluir en los poros nanopartículas o funciones orgánicas. Sin embargo, en algunos casos, esta porosidad puede generar el deterioro de la estabilidad de los dispositivos construidos a partir de estos materiales. Luego, para poder diseñar sistemas responsivos, durables y reutilizables, la estabilidad estructural, química y mecánica de los materiales que los constituyen deben optimizarse. En esta tesis se realizó el diseño, la síntesis y la caracterización de materiales porosos que pueden utilizarse como bloques de construcción para integrar dispositivos ópticos, catalizadores, celdas de combustible y adsorbentes, entre otros. La integridad estructural de estos materiales fue estudiada a partir de la determinación de propiedades mecánicas como módulo elástico, dureza, trabajo elástico y plástico, resistencia a la delaminación (para películas soportadas) y fractura, utilizando nanoindentación. Se relacionaron características estructurales (espesor, porosidad, tamaños de poros, cristalinidad, etc.) y químicas (composición, modificación superficial de los poros o inclusión de  nanopartículas) de los materiales bajo estudio con sus propiedades mecánicas y tribológicas. Asimismo, se evaluó el desempeño de estos materiales nanoporosos sometidos a solicitaciones químicas y físicas, como inmersión en solventes, temperatura, manipulación e irradiación con RX o iones.En primer lugar, se caracterizaron películas porosas formadas por  nanopartículas de óxidos (SiO2 y TiO2) y películas obtenidas por sol-gel (SiO2 y TiO2, óxidos mixtos con Zr e híbridos) con diferentes características químicas y estructurales. Estas películas fueron tratadas térmicamente y/o sometidas a solicitaciones químicas. Luego, se evaluaron películas consolidadas con rayos X de alta intensidad (TiO2 con nanopartículas de Ag) sometidas a diferentes dosis de irradiación y tratamientos térmicos. Para el caso de la fase anatasa del TiO2, tanto densa como nanoporosa, se realizaron simulaciones de Dinámica Molecular utilizando deformación homogénea, con el objetivo de comprender los mecanismos de deformación a escala nanométrica y el efecto del tamaño de poro y la fracción porosa sobre las propiedades mecánicas de este óxido. 

Finalmente, se estudió la relación entre la estructura nanoporosa y las propiedades mecánicas de dos metales nanoporosos: films de Au y micropartículas de Ta. En el caso del Au, se estudió el efecto de la irradiación con iones en los valores de E y H de sistemas modificados con una fina capa de Al2O3; para las partículas de Ta, se estudió el efecto del tamaño de ligamento del sistema poroso sobre sus características mecánicas. En ambos casos, se optimizó la estrategia de caracterización mecánica y se observaron relaciones entre microestructura, modificación superficial y propiedades mecánicas.