M.C. Efraín Viesca Villanueva

Resumen

El objetivo principal de esta investigación fue sintetizar por el método de combustión, materiales luminiscentes de Sr₂CeO₄ dopado con iones de tierras raras (Er³⁺, Yb³⁺) con emisión up-conversion; así mismo incorporar iones Li⁺ para aumenta la intensidad luminiscente para su potencial aplicación en diodos emisores de luz blanca. Estos materiales luminiscentes se sintetizaron por el método de combustión. En este trabajo de investigación se realizó en tres etapas. La primera consistió en la variación de nitratos metálicos y urea (1:1, 1:2, 1:3 y 1:4). Por medio de la técnica de Difracción de rayos-X (DRX), se detectó que en todas las muestras se presentó la fase ortorrómbica característica de Sr₂CeO₄. Por medio de Microscopia Electrónica de Barrido (MEB), se observó que al incrementar la cantidad de urea el tamaño de grano promedio disminuyó, lo cual fomentó la formación de agregados de mayor tamaño. En el estudio de la fotoluminiscencia se observó que todas las muestras donde se varió la concentración de urea presentaron una emisión luminiscente azul. La segunda etapa fue la incorporación de iones Er³⁺ e Yb³⁺ a la estructura de Sr₂CeO₄, manteniendo constante la concentración de Er³⁺ en 0.1%mol y se observó el efecto de la concentración de iones Yb³⁺. Al aumentar la cantidad de iones Yb³⁺, las muestras presentaron agregados más grandes y mejoró la emisión de up-conversion para la banda roja, en consecuencia, el color de emisión se sintonizó desde la región verde a la amarilla. La muestra que presentó la mayor emisión up-conversion fue la que tiene las siguientes concentraciones de los dopantes: 0.1 %mol de Er³⁺ y 7 %mol de Yb³⁺ (SCeO7). Por último, en la tercera etapa se adicionó como co-dopante en diferentes proporciones el ion Li⁺ al sistema Sr₂CeO₄:Er³⁺, Yb³⁺. En el análisis de DRX reveló que permanece la fase pura de Sr₂CeO₄ de acuerdo con la carta JCPDS 50-0115, no existió ningún corrimiento en las reflexiones por lo que se concluye que los iones Li⁺, se incorporan a la estructura de manera intersticial. La muestra que presentó una mayor intensidad luminiscente fue el 1 %mol de iones Li⁺; esta muestra se comparó con SCeO7 y se detectó un aumento de 36.75 % de intensidad luminiscente. Por lo que debido a su alta brillantez e intensa luminiscencia este material (Sr₂CeO₄ Er³⁺, Yb³+, Li⁺) resulta ser un buen candidato para componentes de color en iluminación por estado sólido y para aplicaciones optoelectrónicas.

Palabras clave: Sr₂CeO₄, método de combustión, Erbio, Yterbio, Litio, emisión up-conversion.

Abstract

The main objective of this research was to synthesize by the combustion method, luminescent materials of Sr₂CeO₄ doped with rare earth ions (Er³⁺, Yb³⁺) with up-conversion emission; likewise, incorporate Li⁺ ions to increase the luminescent intensity for its potential application in white light emitting diodes. These luminescent materials were synthesized by the combustion method. In this research work it was carried out in three stages. The first consisted of the variation of metallic nitrates and urea (1: 1, 1: 2, 1: 3 and 1: 4). X ray diffraction (DRX) showed that in all the samples they presented the orthorhombic phase characteristic of Sr₂CeO₄. The morphological studies by scanning electron microscopy (SEM) indicated that by increasing the amount of urea, the average grain size decreased, which promoted the formation of larger aggregates. In the photoluminescence study, it was observed that all the samples where the urea concentration was varied presented a blue luminescent emission. The second stage was the incorporation of Er³⁺ e Yb³⁺ + ions to the Sr₂CeO₄ structure, keeping the Er³⁺ concentration constant at 0.1% mol and the effect of the concentration of Yb³⁺ ions was observed. By increasing the amount of Yb³⁺ ions, the samples presented larger aggregates and the up-conversion emission for the red band improved, consequently, the emission color was tuned from the green to the yellow region. The sample that presented the highest up-conversion emission was the one with the following dopant concentrations: 0.1% mol of Er³⁺ and 7% mol of Yb³⁺ (SCeO7). Finally, in the third stage, the Li⁺ ion was added as a dopant in different proportions to the Sr₂CeO₄:Er³⁺, Yb³⁺ system. In the XRD analysis it was revealed that the pure phase of Sr₂CeO₄ remains according to the JCPDS 50-0115 letter, there was no shift in the reflections, which is why it is concluded that the Li⁺ ions are incorporated into the structure interstitially. The sample that presented the highest luminescent intensity was 1% mol of Li+ ions; this sample was compared with SCeO7 and a 36.75% increase in luminescent intensity was detected. Therefore, due to its high brightness and intense luminescence this material (Sr₂CeO₄ Er³⁺, Yb³+, Li⁺) turns out to be a good candidate for color components in solid state lighting and for optoelectronic applications.

Keywords: Sr₂CeO₄, combustion method, Erbium, Ytterbium, Lithium, up-conversion emission.

“MEJORAMIENTO DE LA LUMINISCENCIA POR CO-DOPAJE DE Li+ DEL SISTEMA Sr2CeO4: Er, Yb OBTENIDO POR COMBUSTIÓN”