Evaluación de la respuesta óptica de cristales fotónicos basados en ópalos artificiales

Abstract

[Resumen] En este trabajo de fin de grado se fabrican y caracterizan cristales fotónicos basados en ópalos sintéticos. Estos materiales, formados por nanopartículas de sílice apiladas, presentan la peculiar característica de reflejar selectivamente ciertas longitudes de onda según su estructura interna, propiedad que los hace especialmente interesantes en ámbitos como la fabricación de sensores mecánicos, térmicos y biológicos o la detección de color y visualización de imágenes. Los ópalos sintéticos considerados en este trabajo fueron fabricados a través de la síntesis y posterior deposición de nanopartículas de sílice. Dichas nanopartículas se caracterizaron mediante técnicas como dispersión dinámica de luz o microscopía electrónica de barrido, técnica también empleada para estudiar la morfología de las deposiciones de las mismas. Además, el comportamiento óptico de los ópalos sintéticos obtenidos, se evaluó mediante espectroscopía de reflexión, usando un setup experimental expresamente montado para este objetivo. Los resultados alcanzados permitieron establecer una relación clara entre el diámetro de las nanopartículas, el ángulo de incidencia de la luz y la longitud de onda reflejada selectivamente por los cristales fotónicos fue, además, contrastado con un análisis teórico de las propiedades de estos materiales. [Resumo] Neste traballo de fin de grao fabrícanse e caracterízanse cristais fotónicos baseados en ópalos sintéticos. Estes materiais, formados por nanopartículas de sílice apiladas, presentan a peculiar característica de reflectir selectivamente certas lonxitudes de onda segundo a súa estrutura interna, propiedade que os fai especialmente interesantes en ámbitos como a fabricación de sensores mecánicos, térmicos e biolóxicos ou a detección de cor e visualización de imaxes. Os ópalos sintéticos considerados neste traballo foron fabricados a través da síntese e posterior deposición de nanopartículas de sílice. Estas nanopartículas caracterizáronse mediante técnicas como a dispersión dinámica de luz ou a microscopía electrónica de varrido, técnica tamén empregada para estudar a morfoloxía das deposicións das mesmas. Ademais, o comportamento óptico dos ópalos sintéticos obtidos, avaliouse mediante espectroscopía de reflexión, usando un setup experimental expresamente montado para este obxectivo. Os resultados acadados permitiron establecer unha relación clara entre o diámetro das nanopartículas, o ángulo de incidencia da luz e a lonxitude de onda reflectida selectivamente polos cristais fotónicos que foi, ademáis, contrastada cunha análise teórica das propiedades destes materiais. [Abstract] In this undergraduate thesis, photonic crystals based on synthetic opals are fabricated and characterized. These materials, composed of stacked silica nanoparticles, exhibit the interesting property of selective reflect certain wavelengths according to their internal structure—a feature that makes them particularly interesting in areas such as the fabrication of mechanical, thermal, and biological sensors, as well as color detection and image visualization. The synthetic opals considered in this work were fabricated through the synthesis and subsequent deposition of silica nanoparticles. These nanoparticles were characterized using techniques such as dynamic light scattering and scanning electron microscopy, the latter also employed to study the morphology of the nanoparticle depositions. Furthermore, the optical behavior of the obtained synthetic opals, was evaluated by reflection spectroscopy, using an experimental setup specifically assembled for this purpose. The results achieved made it possible to establish a clear relationship between the nanoparticle diameter, the angle of light incidence, and the wavelength selectively reflected by the photonic crystals, which was further compared with a theoretical analysis of the properties of these materials.