SINTESIS DE UN MATERIAL LUMINISCENTE POR COPRECIPITACIÓN

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MATERIAL Y MÉTODOS

Los materiales estudiados consisten en polvos de ZrO2; obtenidos por la reacción de hidrólisis-condensación del propóxido de zirconio Zr(CH3CH2CH2O)4, con una razón molar de Zr(OR)4/H2O de 1:200 usando como catalizador de la reacción HNO3 para mantener la mezcla de reacción con un pH = 1. La adición del alcóxido de zirconio a la mezcla de agua, ácido e isopropanol se llevó a cabo en atmósfera inerte. La reacción se efectuó a 85°C por 12 horas. La obtención de los materiales por evaporación de sol-gel se llevó a cabo mediante la reacción de Zr(OCH2CH2CH3)4, 2-propanol anhidro 99.5% de pureza, (Aldrich). Los reactivos como 2-propanol, n-heptano fueron secados y destilados previamente para su utilización en las reacciones. Se mezclan con agitación constante y se mantiene en atmósfera inerte 2.8 ml de 2-propanol con 0.5 ml Nheptano durante 10 minutos. Posteriormente se agregan lentamente gota a gota 2.8 ml de isopropóxido de zirconio y se deja bajo agitación por 10 minutos, la solución resultante se deja envejecer a temperatura ambiente por un periodo de un mes hasta formar un gel transparente de color amarillo. Posteriormente se calcina el monolito lentamente hasta 1000°C por 24 horas. El producto obtenido, se muele y utiliza en los estudios de caracterización. La estructura cristalina de los polvos se determinó con un difractómetro de rayos-x SIEMENS D-5000 con una radiación proveniente de un blanco de Cu (λ=1.5406Å), mientras que para observar las características morfológicas se utilizó un microscopio electrónico de barrido (JEOL JSM-6300) usando un voltaje de 15kV y una amplificación de 5000X. Los espectros de fotoluminiscencia se obtuvieron con un espectrofluorómetro comercial Perkin-Elmer LS50B en el intervalo de longitud de onda de 400 a 800nm usando una longitud de onda de excitación de 250nm. Los espectros fueron medidos con un filtro de 430nm para bloquear la señal de excitación. El espectro final fue resultado de un promedio sobre tres barridos a 400nm/min. Para estudiar las características termoluminiscentes (TL), frente a partículas beta de 90Sr/90Y las muestras fueron irradiadas a una dosis de 25 Gy de partículas beta, colocando las muestras en el portamuestras del irradiador de referencia beta 6527 A, posteriormente fueron leídas en el equipo lector TL Harshaw modelo 4000. Mientras que para obtener las características termoluminiscentes de las mismas muestras a radiaciones no ionizantes, éstas fueron previamente expuestas ante un haz de luz UV y fueron leídas en el mismo equipo. El estudio de la respuesta luminiscente de los materiales estudiados en función de la dosis absorbida fue analizado irradiando las muestras a diferentes dosis conocidas. Todas las lecturas se llevaron a cabo utilizando un flujo de N2 para todas las lecturas y para ambos lectores. La investigación fue llevada a cabo en la universidad Apec, Santo Domingo, R.D.

RESULTADOS

- Muestras obtenidas por precipitación: Las muestras de ZrO2 en forma de polvo presentaron una estructura cristalina a 300°C. Para esta temperatura presentó un espectro termoluminiscente con dos picos, el primero se presenta a 161°C y el segundo a 287°C. Un espectro característico de la emisión termoluminiscente del ZrO2 es presentado en la figura 1, en él se observa la presencia de dos picos de máxima emisión.

[pic 1]

- b) Muestras obtenidas por Sol-Gel: Las muestras de ZrO2 en forma de polvo presentaron un cambio en la estructura cristalina al variar la temperatura de recocido. Para temperaturas inferiores a 300°C mostraron una fase correspondiente a la fase tetragonal del óxido de circonio, un comportamiento similar al de un material altamente desordenado o amorfo. Para temperaturas cercanas a 600°C las muestras de ZrO2 mostraron una estructura cúbica al seguir aumentando la temperatura en las mismas muestras se tiene una fase correspondiente a la fase monoclínica del óxido de zirconio, cuando ésta se alcanza a una temperatura de 1000°C., estos resultados muestran que la estructura cristalina de los polvos obtenidos a baja temperatura son amorfos. Sin embargo, conforme se aumenta la temperatura de recocido se va dando lugar a la aparición de picos que son asociados con fases cristalinas del ZrO2. El espectro característico de la emisión termoluminiscente del ZrO2 obtenido por solgel es presentado en las figuras 3-a, 3-b y 3-c. En estas se observa la presencia de un pico de máxima emisión centrado en 180°C, 181 y en 184°C para las muestras irradiadas previamente con luz UV, partículas y radiación gamma respectivamente. La emisión TL en este material se le puede atribuir a la transición de la energía de los centros formados por los iones O2 al variar la temperatura.

[pic 2]

La curva termoluminiscente del ZrO2 en forma de polvo modifica su estructura ,al ser sometido a un proceso de calcinado de 1000°C durante 24 horas, debido a que el espectro de la curva TL presenta dos máximos, el primero centrado en 185°C y el segundo en 290°C. La curva TL de este material es presentada en la figura 4.

DISCUSIÓN

La necesidad de que los materiales luminiscentes sean estudiados es que pueden seguir trayendo grandes avances a la humanidad tanto en textil, a nivel comercial, en la medicina y en la Opto-electrónica. Los datos indican que por la síntesis de estos materiales por el método de co-precipitacion se pueden obtener perfectamente para estos fines.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Los resultados obtenidos a partir de las mediciones de las características luminiscentes del ZrO2 obtenidos por los métodos de precipitación y evaporación por sol-gel presentan resultados termoluminiscentes promisorios para ser considerados como materiales sensores a la radiación. Como se pueden observar en las figuras 1, 2 y 3 la respuesta TL de los materiales tiene fuerte dependencia en el tiempo de gelación o del tipo de reacción entre los reactantes, así como de la temperatura de recocido de las muestras. En este estudio las muestras que presentaron mayor emisión TL son aquellas obtenidas por sol-gel, aunque debemos rescatar la importancia del método de precipitación por obtener se materiales de alta cristalinidad a bajas temperaturas, los cuales nos permiten seguir estudiándolos para llegar a mejor conclusión.. Los resultados de las muestras obtenidas por sol-gel, muestran que la temperatura de recocido de las muestras tiene gran influencia sobre la respuesta TL del material por lo que debe controlarse para mantenerla en un valor óptimo. Los resultados de irradiar