Electroluminiscencia y propiedades ópticas de nanopartículas

La electroluminiscencia

ocurre cuando a una partícula se somete a una ddp, produciéndose la transferencia de electrones desde el metal, y huecos desde el óxido (ITO). El ánodo tiene que ser un material transparente que tiene que tener una gran función de trabajo, es decir, que sea difícil arrancar electrones. En el cátodo se sitúa el metal. Si tenemos nanohilos y nanopartículas de ZnS dopado, los nanohilos emiten más.

Partículas metálicas: resonancia de plasmones

Ocurre en los metales, tienen la posibilidad de excitar la nube electrónica de todo un material, saliendo de la propia partícula. La mayor parte de los metales tienen su energía en el rango UV (excepto Cu, Ag, Au). Es posible encontrar plasmones en SC cuando su nivel de dopado es muy alto (degenerados). Existen dos tipos: internos (masivos) y superficiales. Si tenemos nanopartículas se consideran superficiales. Como los plasmones tienen frecuencias propias, pueden absorber E y ser evaluado por espectroscopía EECS, en la que se barre la superficie con distintas energías.Para muestras alargadas se diferencian plasmones longitudinales y transversales. Comparando su distinta longitud de onda con el ratio de aspecto, se puede ver cómo varia la longitud de onda. En el modo transversal apenas varía (10-40 nm), en el longitudinal sí porque sus dimensiones pueden variar más (200-400 nm).

Materiales foto y electrocrómicos

Tienen la capacidad de cambiar de color por causas como la irradiación con luz o por aplicación de corriente eléctrica. Suelen ser óxidos de metales con muchos estados de valencia (MbO, VO, WoO). Al aportar energía producen estados mixtos de oxidación cambiando la estequiometría y en consecuencia el color, por lo que cambia la absorción. Los fotocrómicos (W, Mo, Nb) cambian a azul y verde; usando estos óxidos con distinta geometría se puede comprobar que las nanopartículas funcionan mejor que los granos, debido a que se tiene mayor superficie específica. La condición necesaria para sufrir un cambio de color es tener vapor de agua, para que se produzca un cambio de protones y electrones.

Excitones

Atracción coulombiana entre el e de la BC y el hueco de la BV. Estos dos portadores forman un sistema hidrogenoide. Aparecen en semicond y la partícula debe tener un tamaño tal que el e la sienta como bulk. Si el diámetro de la part es menor de 2 veces el radio del excitón, surge el confinamiento cuántico y la formación de exciton no es posible, además tendríamos un nanomaterial cuyas propiedades ópticas serían similares a las del material masivo.

Puede tmbn ser aniquilado, el e volvería a su posición de eq y emite un fotón. Como vamos a tener varios niveles de energía determinados, cuando trabajamos a escala nano y su gap depende inversamente de su tamaño, podemos variar las propiedades ópticas, variando el tamaño. Existe una diferencia de absorción en función del tamaño de partícula: a menor diámetro, menor longitud de onda y mayor E y viceversa. Se absorbe más energía si el gap es pequeño o si se emiten longitudes de onda pequeñas. La absorción y la emisión no son complementarias ya que sus longitudes de onda no coinciden (la de absorción > emisión), esta diferencia se denomina desplazamiento de Stockes.

Relación tamaño de grano con absorbancia

Dependiendo del tamaño d ls partículas el espectro de ABS varía enormemnt. Necesario una distribución homogénea de tamaños para que los picos sean lo más estrechos posibles. A menor tamaño de partícula, la absorción se da a menores longs d onda.

Relación tamaño de grano con el GAP y con luminiscencia

La partícula al ser tan pequeña se puede confinar en un pozo de potencial. Su energía viene dada por: E n = n 2 /L 2 donde n son los niveles cuánticos y L es la longitud d la caja de potencial que es equiparable al tamaño de partícula. De esta forma si: Aumenta tamaño partículaà Disminuye Eg (GAP) y si Aumenta tamaño partícula à Aumenta λ (Espectro: Azul à Rojo).

Aplicación

Mediante la modific del tamaño d la nanopart es posible modific sus prop ópticas. Por lo gral una partícula absorbe mas E d la q luego emit en forma d foton. La dif entre una y otra se traduce en vibración (fonon). Mediant la reduc de tamaño se consigue un corrimiento hacia menors λ y tanto ABS como emisión son más energéticas. Así se consigue que mats con ABS en el IR emitan en el Visible.

Ajuste índice de refracción de los polímeros.

Una posible app es en las uniones de las fibras ópticas, donde se pierde gran cantidad de información; se emplea un pegamento, que es un polímero transparente, el cual debe tener un índice de refracción ajustable para que sea lo más parecido al de la fibra óptica, para que la luz pase sin pérdidas. No vale cualquier tamaño de particula, deben ser lo suficientemente pequeñas para evitar la dispersión de la luz, el tamaño de la nanopartícula va a depender de la λ que se use.