Materiales fotoactivos basados en Cu2+ y Mn4+ en condiciones extremas de alta presión y temperatura

• Autores: Enrique Jara Martínez
• Directores de la Tesis: Rafael Valiente Barroso (dir. tes.), Fernando Rodríguez González (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Cantabria ( España ) en 2022
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Photo-active Cu2+- and Mn4+-based materials on extreme conditions of high pressure and temperature
• Tribunal Calificador de la Tesis: Víctor Lavín Della Ventura (presid.), Javier Ruiz Fuertes (secret.), Sebastian Mahlik (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencia y Tecnología por la Universidad de Cantabria
• Materias:
  • Física
    • Física del estado sólido
      • Luminiscencia
    • Termodinámica
      • Altas presiones
      • Bajas temperaturas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TESEO  UCrea 
• Resumen
  • español

    Este trabajo tiene como objetivo investigar las propiedades estructurales y electrónicas de materiales ópticamente activos con iones de metales de transición mediante espectroscopía óptica en función de la presión y la temperatura. Estos materiales tienen aplicaciones potenciales como catalizadores, sensores piezocrómicos y cerámicas de gran constante dieléctrica -aquellos basados en Cu2+-, o como fósforos rojos eficientes, iluminación LED blanca o sensores P-T -aquellos basados en óxidos de Mn4+.

    Estudiamos dos compuestos de Cu2+: Cs2CuCl4 y CaCu3Ti4O12. El objetivo en el cloruro de cobre es determinar las propiedades ópticas dependientes de las unidades moleculares CuCl2-4 a través de las transiciones d-d y de las bandas de transferencia de carga del Cl- hacia EL Cu2+. Además también mostramos el origen de su piezocroísmo, el cual esta relacionado con el desplazamiento al rojo de la banda de transferencia de carga con la presión. El titanato de cobre es conocido por tener una gran permitividad dieléctrica y potencial como fotocatalizador. Aquí investigamos sus propiedades electrónicas y estructura cristalina en función de la presión.

    El interés de los óxidos de Mn4+ reside en su potencial para sintetizar fósforos de emisión roja muy eficientes. Seleccionamos dos materiales matriz que proporcionan sitios substitucionales distintos: uno perfectamente octaédrico para alojar el Mn4+ (Mg2TiO4) y otro con dos sitios de baja simetría distintos para el Mn4+ (Sr4Al14O25), de tal forma que podemos investigar la influencia de la simetría de sitio en las propiedades luminiscentes y, en particular, las dinámicas respectivas del estado excitado. Hemos desarrollado un modelo dinámico para explicar las variaciones no correlacionadas del tiempo de vida y la intensidad luminiscente con la presión y la temperatura de los fósforos de Mn4+.

  • English

    This work aims to investigate the structural and electronic properties of optically active transition-metal ions materials by optical spectroscopy as a function of pressure and temperature that have potential applications as catalysers, piezochromic sensors and giant dielectric ceramics -those based in Cu2+-, or as efficient red phosphors or white LED illumination or P-T sensors -those based on Mn4+ oxides. We study two Cu2+ compounds: Cs2CuCl4 and CaCu3Ti4O12. The focus in the copper chloride is to determine the optical properties dependent on the CuCl2-4 molecular units through the d-d transitions and Cl- to Cu2+ charge transfer bands. We also unravel the origin of its piezochromism, which is related with the shift of the charge transfer band gap with pressure. The titanium copper oxide is known for having a giant dielectric permittivity, here we investigate its electronic properties and crystal structure as a function of pressure. The interest of Mn4+ oxides lies in the potential of these materials to synthesise highly efficient red phosphors. We select two hosts, one with a perfect octahedral site for Mn4+ (Mg2TiO4) and another providing different low-symmetry sites for Mn4+ (Sr4Al14O25), so that we can investigate the influence of site symmetry on the photoluminescence properties and in particular, study their excited state dynamics. We have developed a dynamical model for explaining the uncorrelated variations of the photoluminescence lifetime and intensity variations of the Mn4+ phosphors with pressure and temperature.