Síntesis y estudio de propiedades ópticas de nanopartículas de CaF₂ dopadas con Eu³⁺ y Mn²⁺

Abstract

Las nanopartículas presentan propiedades y aplicaciones únicas debido al cambio producido en sus propiedades físico-químicas al reducirse su tamaño. Se consideran especialmente interesantes para su uso en diversas aplicaciones tecnológicas, sobre todo en el campo de la óptica y la energía; así como en el ámbito de la biomedicina, donde destaca su uso en tareas de bioimagen, dispensadores de fármacos y tratamiento para enfermedades como el cáncer. Los esfuerzos de investigación en curso para explorar nuevas aplicaciones para las nanopartículas van unidos a los avances tecnológicos relativos a los dispositivos de caracterización y medida de sus propiedades. Este trabajo se ha centrado en la síntesis de nanopartículas de CaF₂ dopadas con iones ópticamente activos de Eu³⁺ y Mn²⁺ (1% mol Eu³⁺, 1% mol Mn²⁺ y 1% mol Eu³⁺ y 1% mol Mn²⁺), utilizando un método solvotermal asistido por microondas. Asimismo, teniendo en cuenta que las propiedades son dependientes del tamaño, forma o estructura cristalina, se han analizado sus propiedades morfológicas y estructurales utilizando técnicas de difracción de rayos X y microscopía de transmisión electrónica. Por último, se han estudiado sus propiedades ópticas, a través de espectros de emisión y excitación, tiempo de vida y espectroscopía de emisión resuelta en tiempo. Las principales conclusiones extraídas incluyen la comprobación de que se ha obtenido la fase cúbica deseada de nanopartículas de CaF₂, además de la obtención de sus propiedades luminiscentes comparando los resultados con la literatura. En particular, se ha observado que el tiempo de la reacción empleado en el estudio no ha influido en las propiedades de las nanopartículas obtenidas. En definitiva, este trabajo podría contribuir al estudio de aplicaciones potenciales en dispositivos ópticos, sensores y tecnologías de imagen.

Nanoparticles show some unique characteristics and applications due to the change produced regarding their physicochemical properties when their size is reduced. In particular, their use stands out in fields such as technology, especially for optics and energy applications. Furthermore, they are also useful in biomedicine, where they loom in bioimage, drug delivery and treatment for diseases such as cancer. Nowadays, the efforts in investigation in order to explore new applications for these nanoparticles go together with the technological progress related to the devices that characterize and measure their properties. The present project has focused on the synthesis of CaF₂ nanoparticles doped with optical active ions of Eu³⁺ and Mn²⁺ (1% mol Eu³⁺, 1% mol Mn²⁺ and 1% mol Eu³⁺ and 1% mol Mn²⁺), using a solvothermal microwave assisted method. Moreover, considering that their properties depend on the size, shape or cristaline structure, their morphological and structural properties have been analyzed by using techniques such as transmission electronic microscopy or X-Ray diffraction. In addition, their optical properties have been as well studied through emission and excitation spectra, lifetime and time resolved emission spectroscopy. The main conclusions regarding this study concern checking that the cubic phase for the CaF₂ nanoparticles has been obtained; as well as obtaining their luminescence properties, comparing to the published results. Actually, it has been observed that the reaction time has not been of any influence over the properties of the resulting nanoparticles. In conclusion, this study could contribute to the discovery of potential applications in optical devices, sensors and bioimage technologies.