Síntesis y caracterización por espectroscopia óptica, XRD y TEM de nanopartículas NaGdF4:Yb3+/Er3+ luminiscentes por upconversion

Abstract

Las nanopartículas del tipo Na(RE)F4 luminiscentes por upconversion han despertado interés debido a sus propiedades ópticas, las cuales permiten usarlas en diversas aplicaciones en diferentes campos, como en biomedicina, electrónica, etc. En este trabajo de investigación se presenta la síntesis de nanopartículas NaY1−xF4:Yb3+/Er3+/Gd3+ mediante el método solvotermal, así como las técnicas utilizadas para la caracterización de las propiedades ópticas, estructurales y morfológicas de estos materiales. Las nanopartículas estudiadas en este trabajo fueron sintetizadas variando la concentración del ion gadolinio con el fin de sustituir al ion itrio en la matriz Na(RE)F4, además se aumentó el tiempo de reacción de la síntesis (tiempo de cocción), logrando una mejora de las propiedades luminiscentes (como se observa en los espectros de emisión por upconversion), así como estructurales del material. El estudio de las propiedades ópticas del material NaGdF4:Yb3+/Er3+ se realizó´ mediante espectroscopía óptica de absorción para lo cual se empleó un espectrofotómetro UV-VIS-NIR Cary 5000 el cual pertenece al IF-UNAM, además se analizó la emisión por upconversion del material haciendo uso de un espectrómetro EDINBURGH FLS980 con capacidad de escaneo en el UV-VIS-NIR en CINVESTAV, así mismo se estimó los tiempos de vida media de las transiciones de energía 2H11/2→4I15/2, 4S3/2→4I15/2, 4F9/2→4I15/2 y 4I13/2→4I15/2 del ion erbio en NaGdF4. La medición del decaimiento muestra que estas partículas presentan alta eficiencia en su luminiscencia, este análisis se realizó´ en LFMC-UNI. El estudio de los espectros de absorción de las muestras de NaGdF4:Yb3+/Er3+/Y3+ y NaYF4:Yb3+/Er3+/Gd3+ se realizaron usando un espectrofotómetro UV-2600 SHIMADZU y para los espectros de emisión por upconversion se usó un espectrómetro B&W Tek Model BTC-110S, los cuales pertenecen al LFMC-FC-UNI. El análisis estructural del NaGdF4:Yb3+/Er3+ se realizó por la técnica de difracción de rayos X con un difractómetro de la marca BRUKER modelo D8 Discover y las muestras de NaGdF4:Yb3+/Er3+/Y3+ y NaYF4:Yb3+/Er3+/Gd3+ con un difractómetro Aeris Panalytical, o ambos con fuente de radiación Cu-Kα con λ=1.54 A, con lo cual se puede observar que las muestras sintetizadas presentan coexistencia de estructura cristalina cubica correspondiente a la fase α y de la estructura hexagonal que corresponde a la fase β de las matrices NaGdF4 y NaY Por microscopía electrónica de transmisión se verificó que las partículas sintetizadas de NaGdF4:Yb3+/Er3+ son de tamaño nanométrico y de forma regular, lo cual las hace ideales para posibles aplicaciones, este análisis se realizó con un Microscopio Electrónico de Transmisión TEM JEM2010 FEG en el IFUNAM.