[ES] Los nanotubos de carbono (CNT de las siglas en inglés carbon nanotubes) se están abriendo paso como componentes en aplicaciones electrónicas como sensores, pantallas táctiles o dispositivos de energía, convirtiéndose así en una realidad comercial. En este ámbito, los principales retos a los que se enfrentan los CNT son: conseguir niveles de dopado controlables, estables y prolongados en el tiempo; la pureza, la escalabilidad y el costo de la separación de CNT en metálicos y semiconductores; el procesado y el depósito controlado de CNT sobre sustratos flexibles. La presente Tesis Doctoral se centra en el uso de nanotubos de carbono de pared única (SWCNT de las siglas en inglés de single-walled carbon nanotubes) y de otros nanomateriales de carbono, en concreto nanohorns de carbono (CNH de las siglas en inglés de carbon nanohorns), en polvo para preparar tintas y con ellas fabricar películas con propiedades moduladas y controladas a través de tratamientos fisicoquímicos para su potencial aplicación en una de las áreas de mayor relevancia tecnológica: la optoelectrónica. En primer lugar, se presentan las modificaciones realizadas a los SWCNT y los CNH en polvo a través de estrategias de funcionalización química que resultan en un control preciso de las propiedades electrónicas. Posteriormente se dispersan en agua estos materiales de SWCNT en polvo para conseguir tintas estables purificadas por ultracentrifugación con control específico de las propiedades coloidales. Además, el método de separación por columna cromatográfica permite la obtención de tintas de SWCNT enriquecidas en SWCNT metálicos y semiconductores. Las tintas de SWCNT resultantes de estos procesos se emplean para preparar películas que posteriormente se someten a tratamientos electroquímicos y procesado por láser, obteniéndose destrucción selectiva de SWCNT y control de los niveles de dopado. Se ha estudiado además la realización de tratamientos químicos a películas de SWCNT en sustratos flexibles para mejorar la adhesión y conseguir películas robustas, conductoras, transparentes y flexibles. Se acompaña toda esta investigación de estudios completos de caracterización por medio de técnicas coloidales, eléctricas, espectroscópicas, electroquímicas y microscópicas. Toda la metodología experimental se ha planificado y llevado a cabo teniendo en mente que se buscan procesos que puedan ser aplicados a nivel industrial para futuras aplicaciones comerciales. Por tanto los resultados que se presentan combinan ciencia básica centrada en generar nuevo conocimiento, junto con interés aplicado de esta ciencia básica que podría servir para desarrollar aplicaciones electrónicas y mejorar el desarrollo de dispositivos electrónicos basados en el uso de SWCNT y CNH.

[EN] Carbon nanotubes (CNT) are increasingly present as components in electronic applications as sensors, touch screens or energy devices, therefore a commercial reality. The most important challenges that CNT must face in this field are controlled, stable and endured doping levels, purity, scalability, and the cost of CNT separation into metallic and semiconductors; and its processing and controlled deposition in flexible substrates. This Thesis focuses on the use of single walled carbon nanotubes (SWCNT) and other carbon nanomaterials, specifically carbon nanohorns (CNH), in powder. They are processed in the form of inks and thin films and their properties are tuned through physicochemical treatmetns for their potential use in optoelectronics. Firstly, modifications applied to SWCNT and CNH through chemical functionalization strategies that lead to a precise control of their electronic properties are here presented. Then, these SWCNT materials are dispersed in water by ultracentrifugation to obtain purified stable inks with tuned colloidal properties. Also the use of the chromatographic column separation allows the obtention of SWCNT inks enriched in metallic and semiconducting SWCNT. The resulting inks are used in the fabrication of films which are then put through electrochemical treatments and laser processing, leading finally to selective elimination of SWCNT and controlled doping levels. Also, chemical treatments to SWCNT films in flexible substrate were conducted to improve the adhesion and the obtention of robust conductive, transparent and flexible films. Characterization analysis through colloidal, electric, spectroscopic, electrochemical and microscopic techniques are also presented. All the experimental methodology was planned and conducted with a view to its potential industrial use in future commercial applications. Therefore the results presented here combine basic science focused on the obtention of new knowledge but also on they potential use in electronic appliances and in the development of SWCNT and CNH based electronic devices.

Gracias al proyecto de investigación europeo Graphene-based nanomaterials for touchscreen technologies: comprehension commerce and communication H2020-MSCA-ITN-2014-ETN 642742 (Enabling Excellence).

244 páginas.-- 105 Figuras.--Tesis realizada en el Instituto de Carboquímica (ICB-CSIC), para conseguir el grado de doctor en la Universidad de Zaragoza.-- Sobresaliente "cum laude".

Peer reviewed