Vitrocerámicos dopados con iones lantánidos basados en nanocristales aislantes y semiconductores dispersos en sio2. Obtención y caracterización estructural-espectroscópica

Resumen

En los últimos años el estudio de nuevos materiales para su implementación en dispositivos ópticos, tales como dispositivos de generación de luz blanca, displays, etc..., o en el incremento de la eficiencia de las células solares fotovoltaicas, ha sido de gran interés. Entre este tipo de materiales destacan los nanovitrocerámicos dopados con iones lantánidos, en los cuáles nanocristales aislantes, como el LaF3, o semiconductores, como el SnO2, están embebidos en una matriz amorfa de SiO2. Estos materiales combinan las propiedades estructurales de los óxidos con las propiedades ópticas de los fluoruros y de los óxidos semiconductores, respectivamente. Estas últimas se obtienen al dopar los nanocristales con iones lantánidos ópticamente activos, siendo también en el caso de los semiconductores, necesario obtener cristales de tamaños comparables al radio de excitón de Bohr para que estas propiedades ópticas sean mejoraras lo que permite gracias al efecto del confinamiento cuántico. El proceso de síntesis elegido es el denominado proceso Sol-gel, que es un proceso a temperatura ambiente que permite obtener los vidrios precursores homogéneos evitando los inconvenientes de la técnica más conocida de fundido, cómo pueden ser las altas temperaturas requeridas, así como las altas concentraciones de dopantes requeridos. A partir de estos materiales vítreos es posible obtener materiales vitrocerámicos mediante tratamientos térmicos. Asimismo, controlando adecuadamente este proceso de desvitrificación es posible mejorar las propiedades luminiscentes de estos materiales debido a la incorporación de los iones luminiscentes en nanocristales precipitados en la matriz vítrea. Una vez obtenidos estos vitrocerámicos se ha realizado un estudio espectroscópico de estos, analizando el grado de incorporación de los iones dopantes (Ce3+, Pr3+, Sm3+, Eu3+, Tb3+, Dy3+, Ho3+, Tm3+e Yb3+) a los nanocristales y la modificación de los espectros de fotoluminiscencia e intensidades relativas en función del tamaño de los nanocristales. Asimismo, mediante Espectroscopía Resuelta en el Tiempo se estudió la dinámica de estados excitados, determinada por la interacción de los iones luminiscentes con su entorno y con otros iones. Dicho análisis permitió entender los mecanismos de los procesos de transferencia de energía entre iones dopantes y desde las matrices semiconductoras a los iones. Por último se hizo una correlación entre la información estructural y las propiedades ópticas. A partir del análisis de los resultados se determinaron las condiciones para la optimización de las propiedades ópticas de los materiales, atendiendo a la composición del vidrio precursor de partida, en cuanto a la matriz y los dopantes introducidos, al efecto de los tratamientos térmicos y tamaño de nanocristales precipitados, para una futura aplicación en dispositivos de generación de luz blanca y en el aumento de la eficiencia de las células solares fotovoltaicas.