Estudio del óxido de grafeno y el pigmento natural de ayrampo (Opuntia soehrensii) para sus aplicaciones en la optoelectrónica

Abstract

En la presente tesis presentamos el estudio, la síntesis, fabricación y extracción de materiales orgánicos alternativos para ser utilizados en la industria de la fabricación de electrodos conductores flexibles transparentes, materiales fotoluminiscentes con la capacidad para formar nanoporos y pigmentos naturales cuyas propiedades químicas pueden ser aprovechados en un dispositivo orgánico emisor de luz. Es así que mediante la reducción del óxido de grafeno soportado sobre polietileno tereftalato (PET) a través de la técnica de recubrimiento por centrifugación, el cual, fue procesado en solución de vapor de yoduro de hidrógeno, se obtuvo electrodos flexibles y transparentes con una buena conductividad eléctrica, debido a las hojas de grafeno químicamente modificadas y adheridas sobre el sustrato soporte, y debido a la versatilidad de este material carbonoso se estudió sus propiedades fotoluminiscentes y la estructura que forma entre sí al estar expuesto a un ambiente en condiciones normales obteniendo materiales cuyo valor de emisión de fotoluminiscencia (k emisión) fue de 568 y 634 nm y cuyas formas al dejarlos secar al ambiente adoptaron estructuras casi planas y nanoporosas. Por otro lado, investigando acerca de materiales naturales que pueden ser aplicados en dispositivos luminiscentes catalogados actualmente como BioLicht se investigó con profundidad el pigmento natural de ayrampo, cuyo proceso de purificación demando de disolventes inocuos, así como de otros materiales naturales como la Vitamina C. La molécula aislada a partir de este proceso fue el 2’-O-apiosyl-6’-O-ácido crotónico-betanina (Achkiy) el cual mostró una reacción de fotoluminiscencia a la luz UV. Para comprobar la electroluminiscencia de este biomaterial se diseñó un sistema de nanocapas cuyos niveles energéticos transportan las cargas positivas y negativas al HOMO y LUMO del Achkiy con el cual se logró que la capa delgada del Achkiy emita una luminancia de 4.8 cd/m2, al aplicarle un voltaje de 16.5 V y una corriente de 34.1 mA, logrando de esta forma demostrar el funcionamiento electroactivo de esta molécula contenida en el pigmento del ayrampo y cuya emisión de luz alcanza los valores de irradiancia en la región azul, color que actualmente muchos materiales sintéticos tienen la dificultad para emitirlo en un OLED.

In this thesis, we present the study, synthesis, fabrication, and extraction of alternative organic materials to be used in the industry for the manufacture of transparent flexible conductive electrodes, photoluminescent materials with the ability to form nanopores and natural pigments whose chemical properties can be exploited in an organic light-emitting device. Thus, by reducing the graphene oxide supported on polyethylene terephthalate (PET) through the centrifugal coating technique, which was processed in hydrogen iodide vapor solution, flexible and transparent electrodes with good electrical conductivity were obtained, as a result of the chemically modified graphene sheets adhered to the support substrate, and owing to the versatility of this carbonaceous material, its photoluminescent properties, and the structure it forms when exposed to an environment under normal conditions were studied, obtaining materials whose photoluminescence emission value (k emission) was 568 and 634 nm and whose shapes when left to dry in the environment adopted almost flat and nanoporous structures. On the other hand, investigating natural materials that can be applied in luminescent devices currently cataloged as BioLicht, the natural pigment of ayrampo, whose purification process requires innocuous solvents, as well as other natural materials such as Vitamin C, was investigated in depth. The molecule isolated as a result of this process was 2'-O-apiosyl-6'-O- crotonic acid-betanine (Achkiy) which showed a photoluminescence reaction to UV light. To test the electroluminescence of this biomaterial, a system of organic interlayers whose energetic levels transport the positive and negative charges to the HOMO and LUMO of Achkiy was designed, with which it was achieved that the Achkiy thin-film emits a luminance of 4.8 cd/m2 when a voltage of 16.5 V and a current of 34.1 mA was applied, thus demonstrating the electroactive performance of this molecule contained in the ayrampo pigment and whose light emission reaches irradiance values in the blue region a color that currently many synthetic materials have difficulty to emit in an OLED.