Electrochemical characterization of ionogels with au-ides and azo-ides and their use as functional materials

Resumen

Los ionogeles (IOs), líquidos iónicos (ILs) inmovilizados en una matriz, han recibido un creciente interés durante las últimas décadas. Esto es debido a que los ILs presentan propiedades interesantes como una conductividad adecuada, una volatilidad despreciable y a que no son inflamables. Además, los IOs mantienen estas características en un estado cuasi-sólido permitiendo su uso en sensores, baterías y capacitores de doble capa. Mención especial merecen los IOs con una matriz sensible a estímulos externos. Dichos materiales responden a un estímulo cambiando sus propiedades físicas sin consumo energético externo. Por tanto, se han convertido en materiales interesantes para la liberación controlada de fármacos, músculos artificiales o microbombas en microfluídica. Las propiedades eléctricas y electroquímicas de los IOs en aplicaciones como sensores y electrolitos están bien caracterizadas en multitud de estudios. Sin embargo, hay una falta de información sobre la caracterización electroquímica de IOs sensibles a estímulos externos cuando se utilizan como actuadores. Entre los materiales usados en electrodos para la caracterización eléctrica y electroquímica, el óxido de indio dopado con estaño (ITO) es un material comúnmente usado para la fabricación de electrodos transparentes conductores (TCEs). Sin embargo, el ITO presenta una serie de desventajas, como su toxicidad, la mala adhesión a materiales poliméricos o su baja disponibilidad. El óxido de zinc dopado con aluminio (AZO) ha surgido como una prometedora alternativa al ITO. Además, las películas de AZO presentan una resistividad y una transmitancia comparables al ITO. La técnica de depósito por capa atómica (ALD) es una técnica adecuada para fabricar películas delgadas de AZO debido a su alta precisión en el espesor. Sin embargo, se pueden encontrar diferentes trabajos sobre el depósito de películas de AZO y su caracterización, pero no sobre su estructurado y uso como TCEs cuando se deposita por ALD. Por estas razones, el presente trabajo analiza las propiedades eléctricas y electroquímicas de dos IOs termosensibles basados en pNIPAAM encapsulando 1-etil-3-metil imidazol sulfato de etilo (IO-1) o dicianamida de trihexiltetradecilfosfonio (IO-2) con electrodos de oro (Au) y AZO. En primer lugar, se llevó a cabo la caracterización eléctrica de los dos IOs y de los correspondientes líquidos iónicos con electrodos interdigitados de Au. El comportamiento rectificador observado en las curvas I-V amplia el conocimiento sobre las interfaces de Au e IOs. Se estudió mediante voltametría cíclica la estabilidad frente a reacciones de oxidación y reducción y el efecto del agua atmosférica en sus propiedades. Además, el comportamiento actuador de los ionogeles termosensibles fue investigado mediante espectroscopia de impedancia. La naturaleza de los líquidos iónicos y la microestructura de la matriz polimérica se relacionó con los parámetros obtenidos de los ajustes proporcionando una mayor comprensión del comportamiento actuador de estos materiales. Además, se aplicó una combinación de ALD y fotolitografía para fabricar electrodos de AZO embebidos en sustratos poliméricos. Una metodología que supone un gran avance hacia la fabricación de dispositivos de película delgada. Los electrodos fabricados de AZO se usaron para monitorizar cambios conformacionales de los IOs. Los resultados mostraron su idoneidad para la monitorización de cambios en la movilidad de iones y la morfología de materiales sensibles a estímulos externos. Por último, en la búsqueda de nuevas aplicaciones para los ionogeles, se evaluó su implementación como películas sensibles para la detección de gases. Sus respuestas hacia el benceno y formaldehido, dos contaminantes cancerígenos, fueron evaluadas satisfactoriamente.