Silicio Poroso

Siguiendo con la relación entre la nanotecnología y física de superficies, María Vila nos hablará a continuación sobre el silicio poroso, un tema de investigación que alcanzó un gran interés entre la comunidad científica hace algunos años debido a las notables propiedades de este material, debidas en gran medida a la gran relación superficie/volumen que posee.

Por María Vila

El Silicio Poroso fue descubierto en 1956 por Arthur Uhlir en los laboratorios Bell de EE.UU mientras intentaban desarrollar una técnica para pulir obleas de Silicio. Se dio cuenta de que bajo ciertas condiciones se producía una disolución parcial de la oblea, obteniendo así silicio poroso.

Fig 1. Número de publicaciones relacionadas con el Si poroso desde su descubrimiento

No fue hasta la década de los 80 cuando el silicio poroso comenzó a tener interés en la comunidad científica (Fig.1), coincidiendo con la demostración de Canham de la fotoluminiscencia a temperatura ambiente del mismo, convirtiéndose en un material prometedor para aplicaciones optoelectrónicas.

Actualmente la línea de investigación se centra en las propiedades explosivas del material, ya que se ha descubierto que el silicio poroso explota con oxígeno a temperaturas criogénicas, produciendo energías superiores a las del TNT.

Al principio se obtenía por strain-etching usando ácido fluorhídrico, ácido nítrico y agua. Este método es especialmente atractivo debido a su simplicidad y a que se obtienen capas muy finas de silicio poroso (25Å).
Además se puede obtener mediante anodización, usando un cátodo de platino y usando la misma oblea de silicio como ánodo. Esto se sumerge en un electrolito de ácido fluorhídrico.

A escala microscópica el silicio poroso está formado por nanocristales de Si, coexistiendo en una matriz de silicio puro con silicio poroso (Fig.2). Presenta numerosos defectos superficiales debido a su superficie porosa que se extiende tanto por la superficie externa como a lo largo de la dirección del flujo de corriente. La región porosa está formada por nanocristales de silicio interconectados y organizados en estructuras muy restringidas dimensionalmente.

Fig 2. Interfaz de Si y Si poroso.

Son numerosas las líneas de investigación abiertas y las aplicaciones que se están desarrollando hoy en día, comentando algunas aplicaciones interesantes:

Filtro ultrarápido de Silicio

Usando una membrana de unos pocos nanómetros de grosor se pueden filtrar líquidos y moléculas muy parecidas en tamaño. Esta nueva membrana funciona 10 veces más rápido que las que se usan actualmente para purificar la sangre o para separar un único tipo de moléculas del resto.
Estas membranas se han crecido depositando tres capas, una de silicio amorfo entre dos de dióxido de Si, sobre una oblea de Si. Sometiendo a esta oblea a temperaturas superiores a 700 C, se consigue la cristalización del silicio amorfo, formándose los poros. Con un control exhaustivo de la temperatura son capaces de controlar el tamaño medio de los poros.

Fig 3. Oblea de Si con 160 membranas de silicio nanoporoso. Cada una con un grosor de 15nm.

http://www.technologyreview.com/computing/18189/?a=f

Mejora en baterías de Silicio

El equipo de Hanyang ha desarrollado un electrodo a partir de silicio poroso que podría duplicar la capacidad de carga de estas baterías, además de obtener una carga y descarga muy rápida.
La afinidad electroquímica entre el litio y el silicio hacen al silicio un candidato óptimo para ser ánodo de la batería, pero además, los electrodos de silicio poroso tienen una carga superior a 2,400mA/h·g. Por otra parte, crear silicio poroso para tal efecto es mucho más económico y sencillo.

http://www.technologyreview.com/energy/21750/?a=f

http://www.technologyreview.com/biomedicine/16998/?a=f
http://www.technologyreview.com/energy/25170/

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Tags: aplicaciones, nanotecnología, silicio poroso, superficies