Fotoluminiscencia de nanopartículas en películas delgadas de óxido mesoestructurados - Onna, Diego Ariel (2017)
La manipulación de nanoentidades, especialmente a través de un manejo controlado de las interacciones entre éstas y el entorno, ha abierto las puertas para la construcción de sistema nanoestructurados complejos en los cuales las propiedades ópticas que se obtiene son el resultado de una respuesta sinérgica de las partes que lo constituyen.En este trabajo se propone el diseño de materiales nanoestructurados fotoluminiscentes a partir del crecimiento de nanopartículas (NPs) dentro de poros de películas delgadas de óxidos mesoporosos ordenados (PDM):, SiO2, TiO2 y ZrO2. Tanto las PDM como las NPs incluidas fueron sintetizadas empleando estrategias de química suave. Con el control de las variables de síntesis y tratamiento térmico de la matriz se obtienen PDM con diferente tamaño de poro, espesor y cristalinidad de las paredes. Se establecieron las condiciones para la inclusión de Q-Dots luminiscentes de sulfuros de Zn y Cd por precipitación en espacios confinados. Se realizó un estudio sistemático del rol del solvente, pH, matriz, tamaño de poro, grado de llenado; que involucró la síntesis y caracterización óptica y estructural de los materiales. A partir de estos resultados y de la determinación cuantitativa de la densidad de poros ocupados por NPs por elipsoporosimetría y XRR, se pudo concluir que empleando solventes de baja constante dieléctrica, se puede controlar la cantidad y tamaño de las NPs confinadas en los poros. Para determinar el tamaño de las NPs crecidas en los poros se desarrolló un método basado en la deconvolución de espectros de extinción que fue validado por medidas de HRTEM. Se diseñó un arreglo experimental para la adquisición de espectros de fotoluminiscencia en sistemas con bajo número de centros emisores. La fotoluminiscencia de Q-Dots en PDM contiene la contribución de transiciones excitónicas y de transiciones que involucran estados electrónicos de defectos. Se estableció que la intensidad de la emisión depende fuertemente del tamaño de las NPs, de las interacciones con la PDM y de las interacciones entre ellas a través de los cuellos que conectan los poros. Sobre esta base, se incrementó la intensidad de emisión excitónica con respecto a la de defectos por fotoactivación con luz monocromática. Los resultados obtenidos se interpretaron mediante un modelo de fotodisolución-recristalización que elimina los defectos superficiales, dando lugar a nanocristales estables durante días/meses. Se extendió la metodología a Nanofósforos, donde las transiciones entre niveles electrónicos internos de los lantánidos son menos sensibles a las interacciones con el entorno. Se comprobó que, a diferencia de los Q-Dots, los vanadatos de itrio con Eu, Yb, Er, Ho o combinaciones de éstos presentan una alta luminiscencia. Los resultados obtenidos en este trabajo sientan las bases para el diseño de una nueva generación de dispositivos ópticos y opto-electrónicos basados en NPs luminiscentes, con la posibilidad de una síntesis suave de bajo impacto ambiental.