La investigación sobre la generación de luz blanca modulable en vidrios, con aplicaciones en sistemas de iluminación, así como la síntesis de nanopartículas luminiscentes para el desarrollo de pinturas o recubrimientos innovadores, son algunos de los proyectos que convergen en el estudio de materiales luminiscentes que se realiza en el laboratorio de los doctores Rosendo Lozada Morales, Abraham Meza Rocha y Salvador Carmona Téllez, de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas de la BUAP.

Los materiales amorfos, tal y como su nombre lo indica, son aquellos que no tienen una forma ordenada en su disposición interna o estructura atómica, un ejemplo es el vidrio, el cual no debe confundirse con el cristal, que sí tiene una estructura regular o periódica, al igual que la materia sólida que conforma lo que nos rodea, en su mayoría.

En general, los físicos se interesan más por materiales cristalinos; sin embargo, para otros investigadores, como los doctores Rosendo Lozada y Abraham Meza, el estudio de los materiales amorfos resulta igual de atractivo porque aborda una amplia gama de efectos y fenómenos que dan pie a desarrollos tecnológicos.

“Por ejemplo, algunas matrices que estudiamos son amorfas y cuando se les alojan iones de metales de transición, lantánidos o nanopartículas se pueden lograr efectos muy interesantes, lo que amplía la gama de estudio y permite lograr aportaciones a la eficiencia de las celdas solares u otro tipo de materiales en los que se busca que no se disperse la luz y se absorba”, añadió el profesor investigador de la FCFM, Rosendo Lozada.

Recordó que hace 10 años iniciaron esta línea de investigación con materiales como vanadatos amorfos y gracias al interés de investigadores como el doctor Abraham Meza y otros colaboradores y estudiantes estos proyectos se impulsaron, lo que permitió el desarrollo de las tres líneas de investigación que actualmente trabajan y que incluyen materiales con diferentes propiedades ópticas, eléctricas y estructurales.

Su labor también les ha permitido entablar colaboraciones con investigadores de instituciones como la Universidad Autónoma Metropolitana, la Universidad de Sonora y el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN (Cinvestav), entre otras. Asimismo, registran publicaciones en revistas indizadas con un impacto importante, mayor a dos cuartiles, por el número de citas que tienen.

Luz blanca modulable

Una de las líneas de trabajo que desarrollan está relacionada con aplicaciones en sistemas de iluminación. Al respecto, el doctor Abraham Meza explicó que las lámparas fluorescentes convencionales contienen mercurio y cuando concluye su vida útil este elemento se escapa al medio ambiente y genera una cadena de contaminación que perjudica al ser humano y su entorno. La tendencia actual es eliminar el plomo (Pb) y el mercurio (Hg) de los dispositivos de uso masivo.

Es así como el doctor Meza Rocha trabaja en un proyecto de ciencia básica Conacyt para generar luz blanca modulable en vidrios de fosfato de zinc, purificado con clústeres de plata y lantánidos trivalentes. Su objetivo es implementar sistemas más amigables con el medio ambiente.

Abraham Meza refirió que como alternativa al uso de mercurio ya surgieron las lámparas LEDS que eliminan este elemento y recurren a leds como fuente de excitación. Esto dio pie al estudio de materiales luminiscentes con características que faciliten generar luz dentro de la emisión de los leds. Es aquí donde justamente se enfoca su trabajo.

Con su equipo de trabajo propuso usar plata (Ag) en vidrios de fosfato de zinc. “Cuando se introduce a estos sistemas, la plata tiende a generar clústeres, es decir, arreglos subnanométricos, los cuales presentan emisiones muy intensas de luz blanca, gracias a que poseen una banda de emisión muy ancha en todo el rango visible”.

Cuando emplearon técnicas de colorimetría, precisó, notaron que la emisión de luz estaba situada en la parte fría de la coordenada de color: “Para modular esa tonalidad lo que hacemos es introducir iones que emitan en la región cálida del espectro visible y para eso trabajamos con elementos como europio (Eu), samario (Sm) o manganeso (Mn)”.

Estos procedimientos permitieron modular la luz gracias a la concentración de los dopantes y a la longitud de onda de la excitación, como se demuestra en la tesis de doctorado de Omar Soriano Romero.

De esta forma, los investigadores de la BUAP produjeron emisiones modulables de luz blanca en la región fría, es decir, una luz blanca azulosa, pero también una luz blanca neutra y una luz blanca cálida. Esto es interesante, señala el doctor Abraham Meza, porque dependiendo de la tonalidad de la luz es el tipo de aplicaciones que se le da; por ejemplo, en una casa es común usar una luz blanca cálida, pero en el supermercado o en una oficina la luz blanca es más bien fría o neutra y esto responde a cómo se siente el ser humano bajo esas estimulaciones.

Es importante recalcar, dijo, que en particular el empleo de plata para los sistemas de iluminación es muy interesante, porque nuestro país es el principal productor de este metal a nivel mundial, lo que facilita la obtención de la materia prima. De igual forma, mencionó que los costos de otros compuestos empleados, como óxido de zinc y fosfato de amonio, son muy económicos.

“Todo esto ayuda mucho porque nuestra propuesta se sustenta en materiales que se pueden adquirir a costos relativamente bajos, a diferencia de otros grupos que a nivel mundial trabajan con boratos, germanatos, silicatos, pero esos sistemas tienen la desventaja de tener una temperatura de fusión más alta, lo que encarece los costos, de ahí la importancia de nuestra aportación”, señaló el doctor Meza Rocha.

En cuanto al procedimiento para analizar la modulación de las emisiones de luz, explicó que utilizan una lámpara de xenón con una emisión muy amplia, capaz de excitar a los clústeres de plata, así registran su espectro de emisión y posteriormente al incorporar lantánidos realizan de nuevo un registro, a fin de censar cómo cambia la tonalidad de la emisión, en función de los espectros registrados.

Mencionó que los clústeres de plata tienen una emisión super ancha y es capaz de absorber radiación y cederla de manera radiativa o no radiativa a iones vecinos, que en este caso serían los lantánidos y de esa manera pueden hacer un proceso de transferencia de energía que se usa para modular la tonalidad de las emisiones.

Por otra parte, el doctor Abraham Meza destacó como adicional a estas contribuciones, la generación de recursos humanos altamente calificados, ya que de estas líneas de investigación han surgido dos tesis de licenciatura, una de maestría y otra de doctorado.

Recubrimientos innovadores

Otro de los proyectos que realizan en este laboratorio es el que dirige el doctor Salvador Carmona, quien trabaja en la generación de nanopartículas luminiscentes, las cuales se hacen en un primer momento en forma de polvo para posteriormente introducirlas en otro tipo de materiales y obtener distintas propiedades. Este proceso ha permitido la creación de algunas pinturas que aún no son comerciales, pero que ya brindan resultados muy satisfactorios.

“Unas de las cosas que hacemos para demostrar el funcionamiento de estos materiales es utilizar superficies como rocas o piedras, las cuales tuvieron el recubrimiento que generamos y que es totalmente transparente, pero que cuando empleamos un tipo de luz determinada se logran excitar estos materiales en las piedras, es decir se observa un cambio de coloración y una emisión de color verde y rojo”, explicó el doctor Carmona.

Respecto a la utilidad que tienen esta clase de materiales, indicó que pueden ser aislantes eléctricos, otros más se pueden emplear en electrónica o bien pueden servir para aumentar la capacidad de alguna celda solar, entre otras aplicaciones.

Para contribuir con estos desarrollos, el doctor Salvador Carmona, con el equipo de trabajo, liderado por los doctores Lozada y Meza, recurren a infraestructura y equipos proporcionados por la universidad y por Conacyt, lo que les permite desempeñar su trabajo y obtener resultados competitivos.

Por ejemplo, para estos recubrimientos innovadores, en el laboratorio se miden muestras en el estractroflorimetro, también se emplean equipos para síntesis de nanomateriales, entre otros implementos e insumos que facilitan trabajar diversas técnicas.

“Tenemos el equipo y podemos fabricar el material y con estos ya sintetizados los incluimos en la composición de las pinturas. Aún falta mejorar algunas cualidades en estos materiales, como la modalidad tipo aceite o bien desarrollar otras tonalidades como azul y blanco, sin embargo, seguimos trabajando en estos y otros desarrollos”, concluyó.