Estudio estructural y espectroscópico de materiales luminiscentes basados en tierras rarasefecto de la temperatura, la presión y el tamaño

Resumen

Esta Tesis se centra en la investigación de las propiedades estructurales y espectroscópicas de varios materiales luminiscentes basados en tierras raras, tanto en condiciones ambiente como en condiciones extremas de presión o temperatura. Con este fin, se han estudiado dos familias de compuestos (ya sean de tamaño nanométrico o bulk), que incluyen a los sesquióxidos de tierras raras (RE2O3) y a los óxidos ternarios de interlantánidos con composición LaREO3, incluyendo en ambos casos compuestos puros y dopados. La mayoría de estos compuestos se han sintetizado en nuestros laboratorios de la Universidad de Cantabria, ya sea por métodos de reacción de estado sólido o a partir de una disolución. Este trabajo ha requerido el uso de diversas técnicas de caracterización estructural, térmica y espectroscópica, entre las que se incluyen la difracción de rayos X, la microscopía de transmisión electrónica, la termogravimetría, la espectroscopía Raman, y medidas de absorción, luminiscencia, excitación y tiempo de vida. De entre los sesquióxidos de tierras raras, hemos estudiado las soluciones sólidas con composición (Eu1-xYbx)2O3 y estructura cúbica y monoclínica de partida y el Tb2O3 puro. En el caso de la serie (Eu1-xYbx)2O3 se ha estudiado el efecto de la concentración de Yb3+ en la estructura y en las propiedades ópticas del material. Se ha observado emisión infrarroja procedente de los iones de Yb3+ cuando se excitaban iones de Eu3+ a una longitud de onda en la cual el Yb3+ no absorbe fotones, lo que pone de manifiesto la existencia de un proceso de transferencia de energía no resonante del Eu3+ al Yb3+. Además, se ha establecido el diagrama de fases presión-concentración para las soluciones sólidas con estructura tanto cúbica como monoclínica. Por otra parte, la estabilidad del compuesto Tb2O3 con estructura cúbica ha sido evaluada en el rango de temperaturas desde 9 K hasta temperatura ambiente por medios espectroscópicos, no observando ninguna transición de fase estructural. Por el contrario, se han encontrado dos transiciones de fase a alta presión. Bajo determinadas condiciones, los óxidos mixtos de tierras raras pueden cristalizar formando una estructura perovskita distorsionada. En este trabajo se ha explorado las propiedades ópticas de tres perovskitas interlantánidas con composiciones LaYbO3: Pr, LaLuO3: Pr,Tb y LaErO3, centrándonos en este último caso en los mecanismos de conversión de luz desde el infrarrojo al visible que gobiernan la luminiscencia del Er3+. Se han asignado los modos Raman de estas perovskitas en base a cálculos teóricos y se ha estudiado su estabilidad estructural bajo presión a partir de métodos espectroscópicos, encontrando que todas las perovskitas estudiadas son estables por debajo de 19 GPa. Dado que todos los compuestos mencionados son luminiscentes, hemos evaluado la idoneidad de utilizar la luminiscencia de los iones RE3+ como sonda local para caracterizar las estructuras de alta presión en sistemas similares.