Conversión UV-VIS e IR-VIS en micro- y nano-fósforos basados en NaGdF4 y (RE)PO4 activados con tierras raras

• Autores: Jorge García Sevillano
• Directores de la Tesis: Eugenio Cantelar Alcaide (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2017
• Idioma: español
• Número de páginas: 246
• Tribunal Calificador de la Tesis: Manuel Ocaña Jurado (presid.), María de la O Ramírez Herrero (secret.), Juan Enrique Muñoz Santiuste (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física de la Luz y la Materia por la Universidad Autónoma de Madrid
• Materias:
  • Física
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • En la actualidad los sistemas micro- y nano-estructurados están siendo ampliamente estudiados debido a sus potenciales aplicaciones en campos tan diversos como iluminación, biotecnología y biomedicina (marcadores de tejidos, imagen en vivo o in vitro de tejidos, administración de fármacos, etc.). Todas estas aplicaciones demandan, en general, el uso de sondas multifuncionales capaces de aportar diversas señales mesurables tales como señal luminiscente, acústica y/o magnética.

    En relación al material base de la micro- o nano-estructura, en los últimos años existe una búsqueda creciente de materiales dieléctricos que permitan la obtención de este tipo de sondas multifuncionales. A este efecto se siguen desarrollando estrategias de preparación, que abarcan desde métodos puramente físicos (estrategias top-down) a métodos denominados de “química blanda” (conocidos como bottom-up), a fin de obtener partículas cada vez más complejas, con un mayor grado de homogeneidad y capaces de aportar mejores señales.

    Si bien existen distintas aproximaciones para la obtención de señal luminiscente, la activación del material con iones lantánidos, o una combinación de estos, despierta un fuerte interés ya que ofrece la posibilidad de generar radiación en diversas zonas del espectro electromagnético. En este sentido es particularmente interesante la obtención de emisión en la zona visible, ya sea a partir de una conversión ultravioleta – visible (UV – VIS, mecanismos de tipo stokes o down-conversion) o mediante una conversión infrarrojo – visible (IR – VIS, mecanismos de tipo anti-stokes o up-conversion).

    Las principales ventajas de las micro- y nano-estructuras dieléctricas activadas con iones lantánidos frente a otros materiales luminiscentes, como por ejemplo puntos cuánticos o colorantes orgánicos, son sus menores costes de fabricación, su alta resistencia química y térmica, su elevada fotoestabilidad, baja toxicidad, y su versatilidad. Sin embargo, la estrategia empleada para su obtención y la concentración de iones activos resultan ser factores esenciales que condicionan en gran medida la morfología, el tamaño y la estructura de la partícula final e incluso pueden afectar a las propiedades luminiscentes del material.

    El objetivo final de la presente tesis doctoral ha sido la caracterización óptica de micro- y nano-fósforos capaces de generar señal luminiscente en la zona visible del espectro electromagnético.

    Se han seleccionado dos tipos de materiales activados con tierras raras y fonones de energía muy distinta. Por un lado el NaGdF4, fluoruro con un fonón de baja energía (en torno a 350 cm-1) y Gd3+ en su estructura catiónica, susceptible por tanto de generar señal magnética. Por otro lado, fosfatos pertenecientes a la familia (RE)PO4, donde RE = Ce, La, y fonones de energía en el rango 900 – 1100 cm-1.

    Entre los distintos iones de tierras raras, se han elegido el Eu3+, el Tb3+ y el Er3+ como iones activos por ser candidatos idóneos para la obtención de emisión visible. En particular se propone el Eu3+:NaGdF4 como fósforo rojo anaranjado, mientras que los sistemas Tb3+:CePO4 y Er3+/Yb3+:LaPO4 resultan más eficientes para la obtención de emisión verde amarillenta. En cuanto a los procesos involucrados, la emisión visible en los dos primeros casos se debe a una conversión UV – VIS mientras que en el co-dopaje Er3+/Yb3+ supone una conversión IR – VIS. En todos los casos se ha realizado un estudio en concentración a fin de establecer el rango óptimo de dopante que proporciona la mejor eficiencia.