Estudio teórico de las propiedades ópticas de nanopartículas de TiO2, usando métodos de electromagnetismo computacional

Abstract

El uso de nanopartículas como las de zinc, titanio, circonio y plata ha permitido el desarrollo de nanomateriales con propiedades químicas, mecánicas y físicas superiores en comparación con los materiales convencionales. Entre las nanopartículas metálicas, el dióxido de titanio (TiO₂) es ampliamente utilizado en diversas aplicaciones tecnológicas debido a sus propiedades ópticas únicas, lo que lo hace ideal para fotocatálisis, celdas solares y dispositivos optoelectrónicos. A escala nanométrica, estas propiedades ópticas están fuertemente influenciadas por la estructura cristalina y la morfología del TiO₂. Este estudio ofrece una caracterización teórica de las propiedades ópticas de nanopartículas de TiO₂ con diferentes geometrías (nanoesfera y nanodisco) y dimensiones, empleando métodos de electromagnetismo computacional para analizar su capacidad de absorber y dispersar un campo eléctrico. Inicialmente, las propiedades ópticas de las nanoestructuras se examinan mediante las ecuaciones de Maxwell, junto con métodos numéricos para resolver problemas de electromagnetismo, concentrándose principalmente en el método de elementos finitos. Además, la fase anatasa se mostró más eficiente en aplicaciones fotocatalíticas y protección UV, mientras que la fase rutilo es más adecuada para recubrimientos ópticos y dispositivos basados en dispersión. Estos resultados confirman el potencial de las nanopartículas de TiO₂ para aplicaciones tecnológicas en fotocatálisis, protección solar, sensores ópticos y dispositivos optoelectrónicos, destacando la importancia de controlar su tamaño y fase cristalina.