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Título : SÍNTESIS DE PELÍCULAS Y POLVOS LUMINISCENTES DE ÓXIDO DE ITRIO IMPURIFICADO CON TIERRAS RARAS
Autor : Dr. GARCÍA HIPÓLITO, MANUEL
Dr. AGUILAR FRUTIS, MIGUEL ANGEL
M. TA. ALARCÓN FLORES, GILBERTO
Palabras clave : ÓXIDO DE ITRIO
PELÍCULAS
Fecha de publicación : 3-nov-2011
Resumen : In this work the photoluminescent, cathodoluminescent and structural properties of Y2O3 thin films and powders deposited by spray pyrolysis and coprecipitation method respectively are reported. The luminescent films were obtained from Y (acac)3 dissolved in N,N-DMF at a concentration of [0.06M] for Y2O3: Eu3+ films and of [0.03M] for Y2O3:Tb3+ films. The films were deposited on crystalline Si (100) substrates at temperatures in the range from 400 to 550 ºC. For luminescent powders, the Y (NO)3 was used as precursor of Y2O3. It was dissolved in CH3OH at a concentration of [0.5M]. These powders were synthesized at temperature range of 500 to 1100ºC. The most important synthesis parameters are the reaction temperature and activator ion concentration. The luminescent properties are obtained by means of photoluminescence and cathodoluminescence. The excitation spectra of the phosphors presented: in the case of Y2O3: Eu3+ a band at 256nm attributed to a transition of charge transfer and other peaks narrow and small located at 365, 384 and 395nm corresponding 7F0 → 5D4, 7F0 → 5G3, y 7F0 → 5L6 of Eu3+. The phosphor Y2O3:Tb3+ + present a band at 308nm which corresponds to transitions of charge transfer, while the phosphor Y2O3: Pr3+ is excited with radiation of wavelength (λ) of 284nm due to the transition interconfiguracional 4 f 2 → 4 f 1d1. The emission spectra of Y2O3: Eu3+ show 4 peaks located at 537, 593, 611 and 651nm corresponding to the transitions 5D1 → 7F1, 5D0 → 7F1, 5D0 → 7F2 y 5D0 → 7F3 of Eu 3+. The most intense band was at 611nm (5D0 → 7F2) corresponding to redorange. The phosphor Y2O3:Tb3++ also showed four bands centered at 489, 547, 586 and 623nm, these were due to electronic transitions 5D4 → 7F6, 5D4 → 7F5, 5D4 → 7F4 y 5D4 → 7F3 respectively, within of Tb3 + ion. The most intense band was at 547nm (5D4 → 7F5) corresponding to the green color. The phosphor Y2O3: Pr3+ has 2 bands in the visible region: one centered at 620 and 630nm the second centered at 722 and 742nm and a band in the near infrared region centered at 823nm. These bands correspond to transitions 1D2 → 3H4, 1D2 → 3H5 y1D2 → 3H6 respectively, which are attributed to 4f 2 electron transitions intraconfigurational of Pr3+ions excited via 4f 15d1 configuration. Being the most intense wavelength at 620nm (1D2 → 3H4) corresponding to red-orange. The atomic percentages of Eu 3 + ions, Tb 3 + and Pr 3 + ions present in the host lattice that giving rise to the luminescence are 1.13a/o, 2.13a/o y 0.20a/o respectively according to the results of EDS and the O/Y atomic stoichiometric ratio of the three phosphors approaches the ideal value of 1.5 in both parameters, the variation of the impurity concentration as in the variation of temperature. The measures X-ray diffraction revealed that films and powders phosphors have a host lattice with cubic polycrystalline structure. In the case of phosphor Y2O3: Eu3+ this structure has preferred orientation (622). From infrared spectroscopy measures shows that the films and powders have bonds O-Y, confirming the presence of Y2O3. The films are flat with an average roughness of 20 nm as result of the atomic force microscopy. This high planarity with a high transmittance (> 80%) in the UV-Visible region will do these films have the possibility to be applied in electroluminescent devices. The synthesis of yttrium acetylacetonate used as a precursor to obtain Y2O3 host lattice as well as the synthesis of europium acetylacetonate and terbium acetylacetonate used as activators in Y2O3 host lattice are also presented. These synthesis are supported with their IR, NMR and MS spectra
Descripción : En este trabajo se presentan resultados de las propiedades fotoluminiscentes, cátodoluminiscentes y estructurales de películas delgadas de Y2O3: Eu3+ y Y2O3:Tb3+ y polvos de Y2O3: Pr3+, sintetizados mediante la técnica de rocío pirolítico ultrasónico y el método de coprecipitación respectivamente. Para la obtención de estas películas se utilizó como material fuente al Y (acac)3 disuelto en N, N-DMF a una concentración de [0.06M] para las películas de Y2O3: Eu3+ y de [0.03M] para las películas de Y2O3 Tb3+. Las películas luminiscentes se sintetizaron sobre substratos de silicio con orientación (100) en el rango de temperaturas de 400 a 550 ºC y para los polvos se utilizó como precursor al Y (NO)3 disuelto en metanol a la concentración [0.5M]. Estos se obtuvieron en el intervalo de temperaturas de 500 a 1100ºC. Los parámetros de síntesis más relevantes son: la temperatura de la reacción y la concentración del ion impurificante. Las propiedades luminiscentes son obtenidas por medio de la fotoluminiscencia y cátodoluminiscencia. Los espectros de excitación de los luminóforos presentaron: para el caso del Y2O3: Eu3+ una banda en 256nm atribuida a una transición por transferencia de carga y otros picos angostos y pequeños localizados en 365, 384 y 395nm que corresponden a las transiciones 7F0 → 5D4, 7F0 → 5G3, y 7F0 → 5L6 del ion Eu3+. El luminóforo Y2O3:Tb3+ presentó una banda en 308nm que corresponde a transiciones por transferencia de carga, mientras que el luminóforo Y2O3: Pr3+ se excito con una radiación de longitud de onda (λ) de 284nm debido a la transición interconfiguracional 4 f 2 → 4 f 1d1 del ion Pr3+. Los espectros de emisión del Y2O3: Eu3+ presentan 4 picos ubicados en 537, 593, 611 y 651nm correspondientes a las transiciones 5D1 → 7F1, 5D0 → 7F1, 5D0 → 7F2 y 5D0 → 7F3 del ion Eu 3+. La banda más intensa fue a 611nm (5D0 → 7F2) que corresponde al color rojo-naranja. El luminóforo Y2O3:Tb3+ también emitió 4 bandas centradas en 489, 547, 586 y 623nm, estas fueron debidas a las transiciones electrónicas 5D4 → 7F6, 5D4 → 7F5, 5D4 → 7F4 y 5D4 → 7F3 respectivamente, dentro del ion Tb3+. La banda más intensa fue a 547nm (5D4 → 7F5) que corresponde al color verde. El luminóforo Y2O3: Pr3+ presento 2 bandas en la región del visible: la primera centrada en 620 y 630nm la segunda centrada en 722 y 742nm y una banda en la región del infrarrojo cercano centrada en 823nm. Estas bandas corresponden a las transiciones 1D2 → 3H4, 1D2 → 3H5 y1D2 → 3H6 respectivamente, las cuales son atribuidas a transiciones intraconfiguracionales de los electrones 4f 2 de los iones Pr3+ vía configuración excitada 4f 15d1. Siendo la longitud de onda más intensa en 620nm (1D2 → 3H4) que corresponde al rojo-naranja Los porcentajes atómicos de los iones Eu 3+, Tb 3+ y Pr 3+ presentes en la red huésped que originaron la luminiscencia son de 1.13a/o, 2.13a/o y 0.20a/o respectivamente, de acuerdo a los resultados de EDS y la relación estequiometrica atómica del O/Y en los tres luminóforos se aproxima a la ideal de 1.5, tanto en la variación de la concentración de la impureza como en la variación de la temperatura. Las medidas de difracción de rayos X revelan que las películas y los polvos luminóforos presentan una red huésped con estructura policristalina cúbica. Para el caso del luminóforo Y2O3: Eu3+, esta estructura presento la orientación preferencial (622). A partir de las medidas de espectroscopia infrarroja se observa que las películas y polvos presentan los enlaces de tipo O-Y confirmando la presencia del Y2O3. Las películas son planas con una rugosidad promedio de 20nm como lo arrojan los análisis de microscopía de fuerza atómica y aunado a esta planaridad presentan una alta transmitancia (> 80%) en la región UV-Visible lo que hacen, que estas películas tengan la posibilidad der ser aplicadas en dispositivos electroluminiscentes. Se presenta también la síntesis del acetilacetonato de itrio que es utilizado como precursor para la obtención de la red huésped de Y2O3, así como también la síntesis del acetilacetonato de europio y acetilacetonato de terbio utilizados como impurificantes en la red del Y2O3. Estos reactivos son apoyados con sus respectivos espectros de IR, RMN y EM.
URI : http://www.repositoriodigital.ipn.mx/handle/123456789/16130
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