Heterostructures based on graphene oxide doped with heteroatoms: applications in optoelectronic devices and gas sensors.

Aquesta tesi investiga el disseny i desenvolupament de sensors de gas i fotodetectors UV avançats basats en òxid de grafè (GO) funcionalitzat, contribuint als camps de la ciència de materials, la nanotecnologia i l’enginyeria de sensors. La recerca respon a la necessitat de dispositius de detecció d’alt rendiment i baix cost, assolits mitjançant la modificació superficial dels transductors amb materials nanoestructurats. Es van escollir materials basats en grafè, especialment GO sintetitzat mitjançant un mètode de Hummers modificat, per les seves excel·lents propietats elèctriques i de superfície, així com per la seva escalabilitat. Per millorar la capacitat de detecció del GO, es va dur a terme el dopatge amb heteroàtoms de nitrogen (N), bor (B) i dopatge combinat (N+B) utilitzant un procés químic assistit per sonificació. A més, es va aplicar la hibridació amb nanopartícules d’òxid de níquel (NiO) per millorar encara més el rendiment dels sensors. Aquests materials es van integrar en sensors de gas fabricats sobre substrats d’alúmina amb elèctrodes de platí, i en fotodetectors UV sobre substrats de vidre amb contactes d’InGa o Au/Cu, mitjançant tècniques com l’aeropolvorització i el recobriment per spin coating. Els resultats experimentals mostren que el GO reduït dopat amb nitrogen (N-rGO) va presentar la màxima sensibilitat al NO₂, mentre que els híbrids NiO/N-rGO van mostrar una millora de cinc vegades en la resposta de detecció. Els fotodetectors basats en GO/NiO van mostrar comportaments elèctrics únics, com la fotoconductivitat negativa o commutable per biaix, segons el tipus de dopatge, funcionant eficientment amb baix voltatge i baixa intensitat de llum, ideals per a aplicacions de baix consum. Aquest estudi interdisciplinari ha afrontat reptes en síntesi, caracterització de materials i fabricació de dispositius. Els resultats reflecteixen avenços importants en la funcionalització del GO i les capacitats experimentals del candidat. En conjunt, la tesi suposa una contribució rellevant al desenvolupament de sensors de gas i dispositius optoelectrònics basats en grafè.