Estudio de propiedades electrónicas, estructurales y vibracionales de cerámicos de interés en microelectrónica y celdas de combustible

En este trabajo se presentan contribuciones al estudio de propiedades elásticas y termo-acústicas de familia de materiales cerámicos, que son usados como materiales estructurales, en forma cristalina o nano-estructurada y con aplicaciones en pilas de combustible y detectores de gases. La estructura electrónica, calculada con métodos de cálculos de primeros principios basados en la Teoría de la Funcional de la Densidad (DFT), y cantidades derivadas de esta como ser: energías electrónicas totales y tensor de tensiones de la red, bajo influencias de deformaciones uniaxiales, biaxiales y de corte, fueron usadas para calcular las constantes de rigidez elásticas Cij , para el ZrO2, TiO2, HfO2 y en algunos casos (SnO2) su dependencia con presiones hidrostáticas externas aplicadas. A partir de estas constantes de rigidez elásticas, se determinaron propiedades elásticas (cantidades isotrópicas) de los policristales usando los métodos de Voigt-Reuss-Hill (VRH), como ser el módulo de Young E, de corte G, coeficientes de Poisson; relación frágil/dúctil, propiedades acústicas como ser velocidades de propagación de ondas transversales y longitudinales y finalmente la temperatura de Debye _D del compuesto. La anisotropía del módulo de Young en la fase de alta presión Pnma, del TiO2 y la fase rutilo SnO2 es aquí presentada, la que ayuda a comprender, entre otras, la estabilidad del compuesto a esfuerzos de distintos tipos (uniaxiales, biaxiales, de corte), y a interpretar medidas experimentales de nano-indentaci´on en nanobelts, nanotubos, etc. mediante la técnica de microscopía de fuerza atómica, por ejemplo. Toda esta caracterización de los mencionados materiales es de gran utilidad en campos de la Ciencia de Materiales, así como en el desarrollo de microelectrónica (ej. HfO2 es actualmente usado como dieléctrico en dispositivos manométricos CMOS con ancho de compuerta por debajo de los 120 nm), así como al desarrollo de materiales estructurales (ej. ZrO2, HfO2) y pilas de combustible (ZrO2 estabilizada con Y2O3, CeO2 o CaO). ...