Química de Estado Sólido

      La investigación física y química de sólidos ha impulsado la búsqueda de nuevos materiales con más y mejores propiedades útiles para aplicación tecnológica. En el área del estado sólido, un campo muy activo es el estudio de sistemas de óxidos mixtos. Estos sistemas tienen particular interés debido a la gran estabilidad y a la diversidad de propiedades que pueden obtenerse por la substitución de un ión por otro. Por ejemplo, el óxido BaTiO3 presenta una alta resistividad eléctrica y una alta constante dieléctrica, por lo que es un buen material dieléctrico y piezoeléctrico de uso práctico, mientras que el óxido LaTiO3 es un buen semiconductor.

Un área importante de aplicación de estos compuestos es en la conversión de energía solar a energía eléctrica, lo cual se logra mediante un dispositivo denominado celda solar. Para la construcción de celdas solares se requieren materiales conductores y transparentes que funcionen como electrodos, para lo cual actualmente se utilizan el óxido de indio y estaño, y otros compuestos. Sin embargo, aunque los principios para la conversión de energía solar ya se encuentran bien definidos, existen varios factores que disminuyen la eficiencia en la transformación de dicha energía. La tecnología para resolver estos problemas depende de la creación de nuevos materiales.

En el Departamento de Investigación en Polímeros y Materiales se realiza investigación básica en Química del Estado Sólido para el desarrollo de nuevos materiales inorgánicos con propiedades útiles para conversión de energía solar. Particularmente se enfoca al desarrollo de materiales transparentes electroconductores, para lo cual se han sintetizado sistemas de óxidos mixtos basados en el sesquióxido de indio (In2O3), que es uno de los óxidos más importantes que constituyen las cerámicas electrónicas transparentes. Además de su utilidad práctica, el  In2O3 es un compuesto de mucho interés en el estudio de materiales debido a que posee algunas propiedades relevantes, tales como la formación de compuestos con estructuras muy diversas, además de que el ión In(III) en su estado cristalino puede presentar números de coordinación 4, 5, 6 y 8.

En estos trabajos de investigación se ha establecido la relación de fases en el sistema In2O3-Ti2O3-Fe2O3 a 1100°C en presencia de aire. En este sistema se obtuvo una nueva fase llamada Unison-X1, de fórmula In2Ti2Fe2O10, la cual posee estructura modulada y presenta transformación de fase con la temperatura y composición. A altas temperaturas Unison-X1 presenta fase ortorrómbica, y a bajas temperaturas un fase monoclínica. También se han sintetizado alrededor de 45 nuevos compuestos a partir de reacciones de estado sólido en mezclas de diversos óxidos metálicos, los cuales son isoestructurales a Unison-X1. Actualmente se esta trabajando en el estudio de sus propiedades electroópticas y en la optimización del proceso de síntesis.