Estabilidad del cerio trivalente luminiscente en vidrios de sílice modificados por boro y fósforo

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Química del estado sólido.
• La luminiscencia es la luminiscencia.

Sus antecedentes:

• Las gafas dopadas de tierras raras son cruciales para aplicaciones ópticas.
• El control del estado de oxidación de los iones de tierras raras como el cerio (Ce) es clave para optimizar las propiedades de luminiscencia.
• Los vidrios de borosilicato, fosfosilicato y borofosfossilicato ofrecen diferentes matrices de huésped para los dopantes.

Objetivo del estudio:

• Investigar el efecto de las diferentes matrices de vidrio (borosilicato, fosfosilicato, borofosfosilicato) en el comportamiento y la luminiscencia de los iones de cerio.
• Comprender la interacción entre los Ceiones y la estructura de la red de vidrio.
• Para correlacionar la estabilización del estado de oxidación de Ce(3+) con la fotoluminiscencia mejorada.

Principales métodos:

• Método Sol-gel para la preparación de vidrio.
• Microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM) para el análisis estructural.
• Espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) ((31) P, (29) Si, (11) B RMN MAS) para sondear los entornos locales.
• Resonancia Paramagnética Electrónica (EPR) y espectroscopia de absorción UV para determinar los estados de oxidación y las transiciones electrónicas.

Principales resultados:

• En los vidrios de fosfosilicato (PSG) y de borofosfosilicato (BPSG), los iones Ce3+) interactúan con los grupos fosfatados, inhibiendo la segregación de CeO2 y la oxidación de Ce3+) a Ce4+) hasta una relación molar de Ce:Si de 5 x 10−3.
• En los vidrios de borosilicato (BSG), el cerio no se coordina con las unidades de boro, lo que lleva a la oxidación de Ce3+ incluso a bajas concentraciones, similar al vidrio de sílice puro (SG).
• Se observó una mayor intensidad de fotoluminiscencia en PSG y BPSG en comparación con BSG y SG, atribuida a la dispersión homogénea del cerio y al estado de oxidación estabilizado de Ce3+).

Conclusiones:

• Las redes de vidrio de fosfato y borofosfato estabilizan eficazmente los iones C3+, promoviendo una dispersión homogénea y evitando la oxidación.
• La interacción de Ce ((3+) con grupos fosfatados es crucial para mejorar la fotoluminiscencia en estos sistemas de vidrio.
• Las gafas de BSG son menos efectivas para estabilizar Ce ((3+) para aplicaciones de luminiscencia en comparación con PSG y BPSG debido a la falta de interacciones específicas de la matriz de iones.