Efecto de la concentración de hidróxido de sodio en la emisión de luz azul del oxido de zinc dopado con calcio por síntesis hidrotermal

Abstract

El desarrollo de materiales fotoluminiscentes de bajo costo y ecológicos es de interés actual para producir dispositivos emisores de luz blanca más eficientes y económicos. En este sentido, se realizó la síntesis y caracterización de ZnO dopado con Ca (ZnO:Ca) con el objetivo de estudiar el efecto de la concentración molar de la solución de hidróxido de sodio (NaOH) en su fotoluminiscencia azul. Se empleo el método hidrotermal para obtener polvos de ZnO:Ca utilizando trietanolamina como surfactante y NaOH como agente precipitante. Para evaluar el material, se caracterizó por difracción de rayos X (XRD), microscopia electrónica de barrido (SEM), espectroscopia de infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia ultravioleta–visible (UV–Vis) y espectroscopia de fotoluminiscencia (PL). En una primera fase de la investigación, se estudió el efecto de la concentración de dopante en la fotoluminiscencia del ZnO:Ca con el fin de determinar la concentración de Ca que favoreciera la mayor intensidad de la emisión azul. Se prepararon cinco muestras a distintas concentraciones de Ca, con la misma concentración molar de NaOH y una de ellas sin usar surfactante. En la segunda fase, se prepararon tres muestras a distintas concentraciones molares de NaOH y a la concentración optima de Ca determinada en la fase anterior. Se encontró que las muestras exhiben fotoluminiscencia en la región visible (azul, verde, amarilla y roja) e infrarroja cercana (NIR), y sus intensidades dependen de la longitud de onda de excitación. Los diagramas de cromaticidad CIE (Commission Internationale de l’Eclairage) mostraron que el color de la emisión se sintonizo de la región azul a la naranja-rojizo pasando por la región blanca a medida que la concentración de Ca cambio y de la región azul a la amarilla-anaranjada al aumentar la molaridad de la solución de NaOH. Con este trabajo, mostramos que el ZnO:Ca es capaz de producir varios colores de emisión, por lo que es un candidato adecuado para aplicaciones en dispositivos de iluminación de estado sólido (SSL) para generación de luz blanca y la emisión NIR podría ser útil para aplicaciones biomédicas.