Nanopartículas de NaYF4:YB3+,Tm3+ para emisión por upconversión: síntesis y caracterización óptica, DRX y microscopía electrónica

Abstract

Actualmente existe un gran interés por materiales luminiscentes que puedan ser usados como potenciales biomarcadores con el fin de obtener imágenes biológicas de alto contraste. Dentro de estos materiales el NaYF4: Yb3+, Tm3+ aparece como un material de alta eficiencia en emisiones en el rango de 450 nm a 500 nm. Estas emisiones se deben al fenómeno de upconversion, el cual se produce al incidir radiación de 980 nm sobre estas nanopartículas y al producirse una transferencia de energía del ion absorbente Yb3+ al ion emisor Tm3+. En este trabajo se reporta la síntesis de nanopartículas de NaYF4 dopadas con iones de tierras raras Yb3+, Tm3+ usando el método solvotermal. Estas nanopartículas se han sintetizado con éxito variando la concentración del Tm3+, considerando un 0,5% ; 1% ; 1,5% y 2% de Tm3+ que reemplazan a iones de Y. Las nanopartículas obtenidas son del orden de 20 nm. Con el fin de estudiar la emisión de estas nanopartículas en el rango de longitudes de onda visible buscando mejorar su eficiencia en emisiones alrededor de los 480 nm se caracterizaron estas nanopartículas por espectroscopia de emisión, absorción y fluorescencia mostrando una mayor eficiencia de emisión por upconversion para concentraciones de Tm3+ del 1% excitando con un diodo láser de 980 nm. Asimismo, se reportan los resultados obtenidos al caracterizar este material usando difracción de rayos X comprobándose la presencia de las fases α y β del NaYF4. La caracterización por microscopía electrónica de transmisión permite observar el carácter cristalino de las muestras las cuales se presentan aglomeradas con un tamaño promedio de 100 nm.

Currently there is a great interest in luminescent materials that can be used as potential biomarkers in order to obtain high contrast biological images. Within these materials the NaYF4: Yb3+, Tm3+ appears as a high efficiently material in emissions in the range of 450 nm to 500 nm. These emissions are due to the upconversion phenomenon, which occurs when 980 nm radiation hits these nanoparticles and when there is an energy transfer from the absorbent Yb3+ ion to the Tm3+ emitter ion. In this work, we report the synthesis of NaYF4 nanoparticles doped with Yb3+, Tm3+ rare earth ions using the solvothermal method. These nanoparticles have been synthesized successfully varying the concentration of Tm3+, considering 0.5%; 1%; 1.5% and 2% of Tm3+ that replace Y ions. The obtained nanoparticles are of the order of 20 nm. In order to study the emission of these nanoparticles in the range of visible wavelengths seeking to improve their efficiency in emissions around 480 nm, these particles were characterized using emission, absorption and fluorescence spectroscopy showing a higher emission by upconversion efficiency for concentrations of 1% in Tm3+ excited by a 980 nm laser diode. Also, we report results obtained in the characterization of this material using X-ray diffraction, verifying the presence of the α and β phases of NaYF4. The characterization by transmission electron microscopy allows to observe the crystalline character of the samples, which are gathered with an average size of 100 nm.