Journal de la nanomédecine et de la découverte biothérapeutique
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Abstrait

Nanomatériaux luminescents et leurs applications

Martin Ntwaeaborwa

Les phosphores ont de nombreuses utilisations aujourd'hui dans des applications telles que les écrans d'information électroniques, l'éclairage à semi-conducteurs, les cellules solaires, la publicité et la prévention du vol. En utilisant la méthode de combustion en solution assistée par l'urée, nous avons préparé des phosphores oxyorthosilicates dopés aux terres rares (Pr3+ et Dy3+) (R = La, Y, Gd) émettant de la lumière blanche et multicolore réglable. Nous avons étudié les propriétés photoluminescentes de LaYSiO5:Dy3+;Pr3+, LaGdSiO5:Dy3+;Pr3+, GdYSiO5:Dy3+;Pr3+ et La2-xGdxSiO5:Dy3+;Pr3+ (x = 0, 0,5, 1,0, 1,5 et 2,0) sous forme de poudres et de films minces. Les films ont été déposés par ablation sur des substrats de Si (100) en utilisant la technique de dépôt par laser pulsé. Plusieurs paramètres de dépôt ont été modifiés, notamment le vide par rapport à la pression partielle de gaz (O2 ou Ar), le type d'impulsion laser et la température du substrat. Les échantillons ont été analysés par diffraction des rayons X, microscopie électronique à balayage (MEB), spectroscopie de photoélectrons X (XPS), spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie et spectroscopie de photoluminescence. Les données de photoluminescence (PL) ont été recueillies dans l'air sous excitation par un laser HeCd de 325 nm ou une lampe au xénon monochromatisée. Les intensités de PL dépendaient fortement des concentrations de dopants Pr3+ et Dy3+, du rapport La/Gd, des conditions de dépôt et du recuit post-dépôt. Les données de la microscopie électronique à balayage et de la microscopie à force atomique ont montré que l'influence majeure des conditions de dépôt sur l'intensité de PL se faisait par le biais de changements dans la morphologie et la topographie des films, qui affectent la diffusion de la lumière et le couplage. La pureté de couleur des bandes estimée à l'aide des coordonnées CIE a confirmé que nos échantillons émettaient une lumière multicolore et blanche réglable. L'analyse de la composition élémentaire a indiqué qu'il existait une corrélation entre les données EDS, XPS et TOF-SIMS. La structure, la morphologie des particules, la composition chimique de surface et les états électroniques, les propriétés photoluminescentes et les applications possibles de ces matériaux dans les LED à pompage UV seront abordées.

Au cours des deux dernières décennies, les nanomatériaux luminescents ont suscité un intérêt considérable en raison de leurs caractéristiques physicochimiques, structurelles et spectroscopiques uniques. Outre leurs applications dans les technologies classiques du phosphore telles que les lampes fluorescentes, les diodes électroluminescentes, les écrans d'émission, les détecteurs de rayons X et la tomographie, les nanomatériaux luminescents continuent de faire des percées dans les domaines de la sécurité (billets de banque, documents d'identification, etc.), de l'étiquetage biologique (par exemple, dans la recherche et pour le diagnostic médical non invasif), de la détection et du photovoltaïque. Il est possible d'ajuster finement leurs propriétés spectroscopiques et physicochimiques en fonction d'exigences spécifiques. Parmi les exemples importants de ces matériaux, on peut citer les points quantiques semi-conducteurs, les points de carbone, les nanomatériaux dopés au métal, les nanoagrégats métalliques ou les composites et hybrides organiques-inorganiques.

Les nanoparticules sont récemment apparues comme un groupe important de matériaux utilisés dans de nombreuses disciplines des sciences de la vie, allant de la recherche biophysique fondamentale à la thérapeutique clinique. Les nanoparticules luminescentes constituent d'excellentes biosondes optiques qui étendent considérablement les capacités des fluorophores alternatifs tels que les colorants organiques et les protéines fluorescentes génétiquement modifiées. Leurs avantages comprennent une excellente photostabilité, des spectres réglables et étroits, une taille contrôlable, une résilience aux conditions environnementales telles que le pH et la température, combinée à une grande surface pour l'ancrage des biomolécules ciblées. Certains types de nanoparticules offrent un contraste de détection amélioré en raison de leur longue durée de vie d'émission et/ou du décalage vers le bleu de la longueur d'onde de luminescence (anti-Stokes) dû à la conversion ascendante d'énergie. Cette revue thématique se concentre sur quatre types clés de nanoparticules luminescentes dont l'émission est régie par différentes photophysiques. Nous discutons de l'origine et des caractéristiques de l'absorption et de l'émission optiques dans ces nanoparticules et donnons un bref compte rendu des procédures de synthèse et de modification de surface. Nous présentons également certaines de leurs applications avec des opportunités de développement ultérieur, qui pourraient être appréciées par les lecteurs formés à la physique. Les nanoparticules sont récemment apparues comme un groupe important de matériaux utilisés dans de nombreuses disciplines des sciences de la vie, allant de la recherche biophysique fondamentale à la thérapeutique clinique.