Ciclo de Seminarios: exposición de la becaria doctoral Vanesa Daiana Ponce

El lunes 31 de octubre de 2022 a las 14.30 hs,Vanesa Daiana Ponce , becaria doctoral en el INTEQUI- ofrecerá  - vía Zoom- un adelanto de su Plan de Tesis Doctoral: “ Diseño de materiales cerámicos e híbridos orgánicos – inorgánicos basados en lantánidos como plataformas ópticas”, que cuenta con la dirección de la Dra.  Griselda Narda, y la co-dirección  Dr. Carlos López.

Vanesa Daiana Ponce: Licenciada en Química de la Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia, UNSL. Becaria Doctoral CONICET. Integrante de Proyecto de Investigación “Diseño y caracterización estructural de sólidos inorgánicos con potencial aplicación en el campo de materiales” bajo la dirección de la Dra. Griselda Narda y la co-dirección del Dr. Carlos López. 

Resumen científico de divulgación

La luminiscencia ha sido un campo activo en la investigación científica en el último siglo. Un importante factor en el desarrollo de este campo han sido las aplicaciones comerciales que requieren de materiales luminiscentes eficientes, para provocar una importante actividad industrial. Estos materiales son fabricados en cientos de toneladas al año, y la cantidad se ha multiplicado por diez con el desarrollo de la iluminación fluorescente. 

Los lantánidos forman parte de numerosos materiales inorgánicos con propiedades luminiscentes que dan lugar a la funcionalidad y el éxito de sistemas de iluminación y visualización. Hasta hace menos de  100 años, un enorme esfuerzo científico y técnico llevo al desarrollo, mediante el uso de lantánidos, de nuevas lámparas, televisores, monitores, escáneres médicos de alta tecnología, fibras ópticas y amplificadores, láseres, tintas luminiscentes para uso biomédico, etc.

Sin embargo, actualmente, son los sistemas nanoestructurados los que han ganado un gran interés ya que exhiben propiedades ópticas, térmicas, eléctricas y mecánicas que son únicas. Para la obtención de sólidos ópticamente activos, se han explorados estos materiales basados en lantánidos cuyo diseño consiste en contar con una matriz que aloja al lantánido que constituye el entorno químico del mismo, teniendo un papel fundamental en las propiedades finales del material, por lo que su elección es determinante.

En base a esto, se propone en este trabajo diseñar nuevos materiales cerámicos como así también redes híbridas orgánico – inorgánicas con propiedades ópticas que permitan ser funcionalizados en dispositivos sensores y/o optoelectrónicos. 

Estructura cristalina de la scheelita CaWO4. Los tetraedros corresponden a las unidades WO4  y las esferas azules a los sitios Ca donde se dopa con el Ln3+.

Resumen académico científico

Los materiales basados en lantánidos (Ln) son ampliamente explorados para obtener sólidos ópticamente activos, como lo son los dispositivos emisores de luz (láseres, LEDs, QDs), sensores (de temperatura, de especies químicas, etc.) y semiconductores (celdas solares, fotocatálisis del agua “watersplitting”, etc.), entre otros. 

La fotoluminiscencia (FL) de los iones lantánidos es producto de la amplia posibilidad de transiciones entre los orbitales 4f parcialmente llenos las cuales son parcialmente prohibidas dando lugar a bajos coeficientes de absortividad molar pero largos tiempo de vida media. Desde el punto de vista del diseño de materiales luminiscentes, la matriz que aloja al lantánido constituye el entorno químico del mismo y juega un rol fundamental en las propiedades finales ya que pueden potenciarlas o anularlas; por lo tanto su elección es determinante. En este sentido se propone utilizar matrices de materiales cerámicos como así también las redes híbridas orgánico-inorgánicas, en base a bibliografía previa y a experiencias del grupo de investigación.

 Respecto a matrices cerámicas, la estructura tipo scheelita ABO4 (A=Ca, Cd; B=W, Mo) ha sido usada como una plataforma tradicional para alojar iones lantánidos en la elaboración de materiales ópticamente activos. Por otro lado, las redes híbridas ofrecen una gama más amplia de estructuras y propiedades. Además de los MOFs, que es en lo que el grupo ha desarrollado experiencia, este campo tiene otras oportunidades que ofrecer. Dado que la mayoría de los materiales inorgánicos funcionales adoptan estructuras densas, se debe prestar mayor atención a los híbridos densos, los cuales pueden ser mucho más estables térmicamente que sus análogos porosos, pudiendo así ampliar su espectro de aplicaciones. Estas fases inorgánicas híbridas densas, perovskitas híbridas orgánicas-inorgánicas (HOIP – hybrid organic-inorganic perovskite) son una subclase de materiales ABX3 en la cual el sitio A y/o los iones del sitio X se reemplazan por cationes de aminas orgánicas y haluros, respectivamente. 

Los componentes orgánicos en la estructura de estos HOIP introducen funcionalidades adicionales y flexibilidad estructural lo que no se puede lograr en perovskitas puramente inorgánicas. En nuestro grupo se han reportado diferentes fases híbridas con estequiometría MAPbX3 mostrando actividades optoelectrónicas, que pudieron ser analizadas en función de sus estructuras resueltas por técnicas de difracción de neutrones y sincrotrón. 

Paralelamente, las propiedades FL debido a las transiciones 4f-4f de los lantánidos trivalentes, dependen fuertemente del medio que rodea a dichos iones. La existencia de agentes apagadores o exaltadores de la FL hace que existan transferencias de energías entre éstos y los centros emisores, en donde es posible evaluar la relación entre los procesos radiativos y no radiativos mediante una caracterización fotofísica adecuada. Este es el principio básico para la elaboración de sensores basados en Ln, aplicados a la detección de explosivos, de solventes, de iones metálicos o de variables físicas tales como la temperatura. 

En el presente trabajo de beca doctoral se propone explorar las propiedades ópticas de lantánidos tales como Sm, Eu, Gd y Tb (o sus combinaciones) en matrices cerámicas con estructura scheelita Ln@CdBO4 con B = Mo y W e hibridas orgánico inorgánicas con estequiometria MAPb1-x(B,Ag)xX3 donde MA = metilamonio, X = Cl, Br y I y B= Ln y Bi. Además se proyecta explorar el procesamiento de estos materiales mediante técnicas de reducción de tamaño de partícula a la nanoescala (proceso top-down) y su posterior deposición sobre sustratos sólidos para la elaboración de dispositivos ópticos u optoelectrónicos.

Comparación de la estructura de perovskita simple (A) vs perovskita híbrida (B)

Info de conexión Zoom

Hora: 31 oct 2022 14:30 Buenos Aires, Georgetown

Unirse a la reunión Zoom

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