Fenomelogía asociada a la síntesis por DVQSIH y la luminiscencia de nanomateriales oxicerámicos base titania dopada con europio

Abstract

Un tipo de proceso luminiscente ocurre cuando un material absorbe energía y luego emite radiación espontánea visible o en alguna otra longitud de onda. El material expuesto a radiación (rayos X, α, β y γ) o sometido a ciertas reacciones químicas o esfuerzos mecánicos, es modificado y un determinado porcentaje de los portadores de carga liberados (electrones y huecos) pueden quedar atrapados en ciertas imperfecciones de la red (trampas), si esta trampas se encuentran en niveles profundos, los portadores de carga permanecen atrapados durante mucho tiempo (desde segundos hasta miles de años) antes de que sean liberados mediante la estimulación suficiente, condiciones que se pueden lograr para estos materiales sólidos excitados a través del suministro de energía óptica (luminiscencia ópticamente estimulada) o térmica (termoluminiscencia). Las fuentes de radiación (energía) pueden ser electrones de alta energía o fotones de luz. Durante el proceso de luminiscencia, la energía a la cual se expone el material excita a los electrones desde la banda de valencia hasta la banda de conducción. Si la emisión ocurre después de los 10-8 s, recibe el nombre de fosforescencia. Mientras que, si la emisión sucede dentro de los 10-8 s, recibe el nombre de fluorescencia (Smith, 2006). La exposición a radiación puede ocurrir en un amplio rango de ocupaciones que se desarrollan en las instituciones de salud y educación, así como, en la industria nuclear. La dosimetría adecuada es esencial para mantener condiciones de seguridad y para manejar adecuadamente los niveles de radiación, los materiales radiactivos y la energía nuclear. En este sentido, la selección y el diseño de materiales son muy importantes para el desarrollo de detectores de radiación que dependerán principalmente del rango de energía de interés (rayos X y ), la resolución y los requerimientos de eficiencia. Otros aspectos para considerar son el desempeño y el tiempo de respuesta. Bajo estas consideraciones, en los últimos años ha surgido el interés creciente en el desarrollo de nuevos materiales funcionales para el diseño y fabricación de sensores económicos, efectivos y de alta sensibilidad. Por esta razón, los principales esfuerzos para mejorar el desempeño de sensores de radiación se han enfocado al desarrollo de tecnologías de fabricación de dispositivos adecuadas, así como, la síntesis, procesamiento y aplicación de materiales avanzados funcionales más sensibles y novedosos, tales como, los oxicerámicos puros y dopados que pueden presentar propiedades eléctricas y ópticas adecuadas, así como, propiedades y comportamiento luminiscente interesantes. Una de dichas propiedades, es la luminiscencia; los materiales que producen este fenómeno son denominados fósforos, los cuales pueden absorber radiación de onda corta y de alta energía y emitir de manera espontánea radiación luminosas de onda más larga y energía inferior. El comportamiento de los espectros de emisión de materiales luminiscentes se controla agregando impurezas (dopantes), llamados activadores. Los activadores proporcionan niveles de energía discretos en la brecha de energía entre las bandas de conducción y de valencia del material base o huésped, los cuales pueden ser óxidos metálicos (oxicerámicos). Considerando lo anterior, el presente trabajo se enfoca al desarrollo de un estudio sistemático para el procesamiento y caracterización de nanomateriales oxicerámicos base titania dopados con europio, aplicables en la medición de radiación (dosimetría). Para lo cual, se contempló la síntesis de nanoestructuras oxicerámicas de TiO2 mediante el método de depósito por vapores químicos en sistemas híbridos (DVQSIH) y su caracterización mediante las técnicas de difracción de rayos X (DRX), microscopia electrónica de barrido con emisión de campo (MEBEC) y espectroscopia de energía dispersiva de rayos X (referida como EDS) y termoluminiscencia. Además, se propuso el procesamiento y caracterización de 5 concentraciones distintas de dopante. La caracterización de los materiales el análisis químico y morfológico por MEBEC/EDS y DRX, así como, pruebas de termoluminiscencia y análisis de las curvas de brillo. Con base a este estudio, logró establecer que es factible obtener de manera sencilla los materiales oxicerámicos dopados que se procesaron mediante DVQSIH. Además, dichos materiales se pueden emplear exitosamente como materiales dosimétricos.