Nanotermómetros por espectroscopia resuelta en el tiempo con longitudes de onda de emisión en 543, 655 y 1550 nm

Abstract

En este trabajo de tesis se presentan la metodología seguida para la síntesis de las nanopartículas de NaYF4: Er, Yb usando el método Solvotermal. A las muestras se les realizó un tratamiento térmico de 500°C por 5 horas, mejorando sus propiedades ópticas. Así mismo se han estudiado sus propiedades ópticas usando técnicas experimentales como la espectroscopia de absorción por reflectancia difusa y la espectrofluorimetría. También se caracterizaron las muestras usando difracción de rayos X y Microscopia electrónica de barrido. Los resultados de los espectros de Absorción por reflectancia difusa mostraron un aumento en la intensidad de absorción del nanocristal después del tratamiento térmico en las bandas de absorción de 378, 407, 445, 487, 521, 543, 655 y 798 nm. Todas estas bandas pertenecen a transiciones en el Er. Luego, con el fin de caracterizar las emisiones por upconversion en el rango visible de 500 nm a 700 nm se utilizó un espectro fluorímetro y se observó un notable aumento de las emisiones de las nanopartículas tratadas térmicamente por 5 horas a 500°C. Las emisiones se asocian a las transiciones 2H11/2 4I15/2, 4S3/2^ 4I15/2 del ion Er, con longitudes de onda de 525 nm y 550 nm. Se distingue también un pico correspondiente a las transiciones de los multipletes 4F9/2 4I15/2, centrada en 655nm. Además, para confirmar la presencia de las nanopartículas de NaYF4: Er, Yb se analizaron las muestras usando difracción de rayos X (DRX), mostrando que antes del tratamiento térmico se tiene una fase a y luego del tratamiento térmico a 500°C se tiene una combinación de las fases a y P del nanocristal, estructuras cristalinas cubica y hexagonal respectivamente, con mayor presencia de la fase p. También se observó con imágenes de Microscopia electrónica de barrido (SEM) la morfología de las muestras y se obtuvo un tamaño promedio de 40nm para el nanocristal antes del tratamiento térmico. Después del tratamiento térmico a 500°C por 5 horas el tamaño promedio fue de 90 nm. Los resultados de difracción de rayos X, Microscopia electrónica de barrido y la espectroscopia óptica, muestran que el tratamiento térmico a las nanopartículas influye en su tamaño, morfología e intensidad luminiscente. A partir de los espectros de emisión por upconversion en 543 nm y 655 nm y por down conversión a 1550 nm de estas nanopartículas se ha estimado el tiempo de vida media de fluorescencia de estas emisiones en función de la temperatura de la muestra. Los resultados obtenidos para la temperatura entre 40°C y 80°C muestran una dependencia lineal del tiempo de vida media de fluorescencia con la temperatura, lo cual permite usar este material como un nanotermómetro en este rango de temperatura.