Obtención de luz blanca a partir de boratos de litio dopados con iones lantánidos y metales de transición
Authors:   , Arredondo Martínez Sergio Daniel 
Published: August 2024

En este trabajo se muestran los resultados y el análisis de la obtención y caracterización luminiscente de materiales cerámicos (vidrios de borato de litio (BLO), monodopados con iones cobre y europio, y vidrios de BLO tridopados con iones cobre, europio y disprosio. Los resultados mostrados, se realizaron con base en el análisis de las propiedades fotoluminiscentes, con el propósito de obtener emisión de luz blanca en el sistema tridopado. Los vidrios de BLO fueron preparados a partir de la fundición de los precursores (carbonato de litio [Sigma Aldrich, 97%], ácido bórico [Sigma Aldrich, 99.9%], nitrato de cobre (CuO) [Sigma Aldrich, 99.9%], nitrato de disprosio (Dy(NO₃)₃) [Sigma Aldrich, 99.9%] y óxido de europio (Eu₂O₃) [Sigma Aldrich, 99.9%]); en los cuales, los último tres precursores fueron utilizados como dopantes para darle al material la propiedad luminiscente, variando la concentración de iones dopantes a partir de un diseño experimental Taguchi L₉. Para el caso del ion europio como dopante, se obtuvo la mayor emisión de luz a los 611 nm, correspondientes a la transición ⁵D0 → ⁷F₂, denotando una emisión en rojo; esto es corroborado por el diagrama de coordenadas cromáticas CIE (Comission Internationale de l’Eclairage). El vidrio más eficiente tiene una pureza de emisión del 99% y una concentración del 1%. Por otro lado, la mayor intensidad de emisión del sistema BLO:Cu se obtuvo a los 460 nm, correspondientes a la transición ³D₈ ⁴S₂ denotando una emisión en color azul. El vidrio más eficiente resultó con una concentración del 0.1% Cu, con un 68% de pureza de emisión. Ambos sistemas (BLO:xEu y BLO:xCu), se mostraron saturados, es decir, al incrementar la concentración de dopantes, la luminiscencia disminuye, conociendo este fenómeno como quenching. Para el caso de los vidrios de BLO tridopados con europio, cobre y disprosio (BLO: Eu, Dy, Cu) se utilizaron las siguientes longitudes de onda para excitar al electrón: 340, 360 y 380 nm, en donde, de acuerdo con los resultados de fotoluminiscencia, la longitud de onda de excitación óptima fue de 360 nm, debido a que se mostró una mayor intensidad de emisión en los sistemas establecidos y se lograron obtener coordenadas CIE de x= 0.3103, y= 0.298 que se ubican dentro de la región blanca del espectro visible. Estas coordenadas de cromaticidad se lograron gracias al análisis del diseño experimental tipo Taguchi L₉. En los espectros de emisión se observó que cada uno de los iones dopantes utilizados, emitían luz visible en su longitud de onda dominante, tales son: para el caso de los iones cobre, se emitió luz visible en la región azul con las transiciones ³D₆ ⁴S₂ → ⁴S₂ S₁/₂ y ³D₆ ⁴S₂ → ⁴S₂S una longitud de onda de 420 y 451 nm, respectivamente. Para el caso de los iones disprosio, las longitudes de onda de emisión resultaron en 480 nm (⁴F₉/₂ → ⁶H₁₅/₂) y 575 nm (⁴F₉/₂ → ⁶H₁₃./₂), con emisión en luz verde – amarillo. Finalmente, los iones europio tuvieron emisión roja en la transición (⁵D₀ → ⁷F₂) a 613 nm. Además, se determinó que los vidrios con una mayor cantidad de cobre resultaron tener una emisión en azul, en las transiciones antes mencionadas. Sin embargo, al disminuir dicha concentración hasta 0.1% Cu, se obtuvo una emisión cercana al blanco en las coordenadas x = 0.31, y = 0.29 del diagrama de cromaticidad CIE, en comparación con las coordenadas de referencia, las cuales son de x = 0.33, y = 0.33. Este vidrio fue el sintetizado con una concentración de BLO: 1.5Dy, 1.0Eu, 0.1Cu.