Síntesis, caracterización estructural, morfología y óptica de KLu3F10: Er3+, Yb3+ UCNPs

Abstract

Recientemente, se ha generado un gran interés por la cantidad de aplicaciones de los materiales nanoestructurados en distintas ramas. En particular, se vienen estudiando las diversas aplicaciones que podrían alcanzar los materiales basados en compuestos inorgánicos dopados con cationes de lantánidos trivalentes. Todo ello es posible gracias a las propiedades ópticas peculiares que muestran los elementos de tierras raras cuando forman parte de solidos cristalinos o cuando se convierten en dopantes de aquellas estructuras. Cuando una matriz basada en elementos de tierras raras es dopada con iones de tierras raras, se produce un fenómeno muy particular denominado up conversión, con el cual es posible la luminiscencia del material. Últimamente se ha reportado al NaY F4 como una matriz con una eficiencia up conversión alta. Además, se tienen estudios señalando a las matrices KLu2F7 y KLu3F10 como buenos anfitriones en términos de luminiscencia. En la tesis que a continuación se presenta, se detalla el procedimiento de síntesis de nanopartículas luminiscentes de KLu3F10 dopadas con iones de erbio (Er3+) e iterbio (Y b3+) vía el método solvotermal. El éxito de la síntesis de tales nanopartículas se logró al variar las concentraciones de los iones erbio (Er3+, 1.5 % y 2 %) e iterbio (Y b3+, 18 % y 18.5 %) que, por supuesto, reemplazaban a los iones de lutecio (Lu3+) dentro de la matriz. En este trabajo, se asegura el prefijo “nano” dado que el tamaño de las partículas es menor a 100nm. La caracterización por DRX de las muestras nos corrobora la obtención de la fase cúbica pura de nuestra matriz. Además, con la caracterización por TEM nos fue posible afirmar que las nanopartículas se encuentran aglomeradas y poseen un tamaño promedio de 20nm. Del mismo modo, las caracterizaciones por espectroscopía de absorción por reflectancia difusa y de fluorescencia nos mostraron las transiciones energéticas correspondientes a la interacción entre los iones Er3+ e Y b3+. Finalmente, el compuesto KLu3F10: Er3+, Y b3+ muestra el fenómeno de upconversion al ser estimulado por un diodo láser IR de 980nm.

Recently, there has been great interest in the number of applications of nanostructured materials in different branches. In particular, the various applications that might be reached by materials based on inorganic compounds doped with trivalent lanthanide cations are being studied. All of this is possible thanks to the peculiar optical properties that rare earth elements show when they are part of crystalline solids or when they become dopant of those structures. When a matrix based on rare earth elements is doped with rare earth ions, a very particular phenomenon called upconversion occurs, with which the luminescence of the material is possible. Lately, NaY F4 has been reported as a matrix with a high upconversion efficiency. Moreover, there are studies pointing to KLu2F7 and KLu3F10 matrices as good hosts in terms of luminescence. In the thesis that is presented below, the synthesis of luminescent KLu3F10 upconversion nanoparticles doped with erbium (Er3+) and ytterbium (Y b3+) ions via the solvotermal method is reported. The synthesis success of such nanoparticles was achieved by varying the concentrations of the erbium (Er3+, 1.5 % and 2 %) and ytterbium (Y b3+, 18 % and 18.5 %) ions that, of course, replaced the lutetium ions (Lu3+) into the matrix. In this work, the prefix “nano” is insured given that the particles’ size is less than 100nm. The XRD samples characterization corroborates the obtaining of the pure cubic phase for our matrix. Furthermore, with the TEM characterization, it was possible to assert that the nano-particles are agglomerated and have an average size of 20nm. Likewise, the characterizations by diffuse reflectance absorption and fluorescence spectros-copy showed the energy transitions corresponding to the interaction between Er3+ and Y b3+ ions. Finally, the KLu3F10: Er3+, Y b3+ compound shows the upconversion phenomenon when stimulated by a 980nm IR laser diode.