Tesis
Análisis de las características térmicas en estructuras de dos capas
Fecha
2016-07-08Autor
Nogal Luis, Uriel
Institución
Resumen
Se presenta un estudio de las propiedades microestructurales y térmicas del silicio poroso (SP) con el objetivo de determinar el tiempo de ataque que optimiza su capacidad como material fototérmico. Para esto, se elaboraron muestras de silicio poroso tipos n y p mediante la técnica de ataque electroquímico y se utilizaron las siguientes técnicas de caracterización: la técnica fotoacústica resuelta en frecuencia, microscopía electrónica de barrido, espectroscopia por dispersión de electrones y radiometría fototérmica infrarroja.
Mediante las técnicas de microscopía, se determinó la microestructura y composición de las muestras de SP tipos n y p elaboradas con diferentes tiempos de ataque, con resultados congruentes con lo reportado en la literatura.
Utilizando la técnica fotoacústica resuelta en frecuencia se determinó la difusividad térmica efectiva de las muestras, obteniendo un marcado comportamiento decreciente con el tiempo de ataque, en todos los casos.
Se determinó la respuesta fototérmica de las muestras de silicio poroso mediante Radiometría Fototérmica Infrarroja, de los cuales se obtuvo que, en ambos casos, tipos n y p, las muestras de un tiempo de ataque de 20 minutos presentaron la mejor respuesta.
Adicionalmente a estos estudios se utilizó la espectroscopía fotoacústica para obtener los espectros de absorción óptica de cada muestra, obteniendo mayores valores de éste parámetro para las muestras de 20 minutos y 30 minutos de ataque en cada caso (tipo n y tipo p).
Los espectros de absorbancia mostraron el mayor valor de este parámetro para las muestras con mayor tiempo de ataque y los espectros de reflectancia un menor valor también para dichas muestras, confirmando la importancia de la capa porosa en su papel de absorbedor óptico.
Mediante las medidas de luminiscencia, fue posible observar un corrimiento del máximo hacia energías mayores y teniendo la mayor amplitud para la muestra de 30 minutos de ataque electroquímico y confirmando la longitud de onda que se aprecia a simple vista cuando se excita con luz UV.
Por otro lado, se caracterizó el efecto magnetocálorico en películas de gadolinio. Se obtuvieron tanto la variación de la entropía como la variación de temperatura adiabática en cada caso a partir de curvas de magnetización. Asimismo, se varió el rango de campo magnético aplicado y se observaron las temperaturas de transición para cada película.
Un estudio del efecto del sustrato en la detección acústica del efecto magnetocalórico fue realizado con el fin de establecer su importancia, teniendo en cuanta la anisotropía y valores de conductividad y difusividad de diferentes materiales.
Por último, mediante la espectroscopía de resonanacia paramagnética, se estudió de igual forma la anisotropía de las películas de gadolinio. En este caso se variaron los ángulos entre la superficie de la película con respecto al campo magnético externo. Se pudo confirmar la orientación preferencial para la posición paralela, precisando campos externo menores para alcanzar la condición de resonancia. ABSTRACT
We present a study of the structural and thermal properties of porous silicon (PS) in order to determine the etching time that optimizes its capacity as a photothermal material. For this, there were prepared n-type and p-type porous silicon by means electrochemical etching technique and the following characterization techniques were used: photoacoustic technique in its frequency modality, scanning electron microscopy, electron dispersive spectroscopy and infrared photothermal radiometry.
By using microscopy techniques, it was determined the microstructure and composition of n-type and p-type porous silicon samples prepared with different etching times with consistent results with those reported in the literature.
Using the photoacoustic technique resolved in frequency, the effective thermal diffusivity of the samples was determined, obtaining a marked decreasing behavior with the etching time in all cases.
The photothermal response of porous silicon samples were determined by means infrared photothermal radiometry, in both cases; n-type and p-type, samples with 20 minutes of etching time showed the best response.
In addition to these studies, photoacoustic spectroscopy was used to obtain optical absorption spectra of each sample, obtaining higher values of this parameter for samples of 20 minutes and 30 minutes of etching time in each case (n-type and p-type).
Absorbance spectra showed the highest value of this parameter for samples with higher etching time and the reflectance spectra also showed the lower value for these samples, confirming the importance of the role of porous layer as optical absorber.
Through luminescence measurements, was possible to observe a shift of the maximum
towards higher energies and having the largest amplitude for the sample of 30 minutes of electrochemical etching and confirming the wavelength that can be seen with the naked eye when excited with UV light.
Furthermore, the magnetocaloric effect in gadolinium films was characterized. Thus, the change in entropy as the adiabatic temperature variation in each case from magnetization curves were obtained. Also, the range of applied magnetic field was varied and transition temperatures were observed for each film.
A study of the effect of the substrate on magnetocaloric acoustic detection was performed in order to establish its importance, taking into account the anisotropy and conductivity and diffusivity values of different materials.
Finally, by resonanance paramagnetic spectroscopy, it was studied the anisotropy of the gadolinium films. In this case the angles between the surface of the film with respect to the external magnetic field were varied. It was confirmed the preferential orientation to
the parallel position, pointing out minor external fields to achieve the resonance
condition.