New optical devices based on organic phase change materials: from fluorochromic inks and sensors to smart windows

Resum

Aquesta tesi presenta noves estratègies per a la preparació de materials fluorescents i termo-òptics sensibles a estímuls. Com a alternativa a les metodologies de fabricació actuals, que presenten greus inconvenients com la baixa escalabilitat, l'escassa variabilitat i la seva limitada resistència a la fatiga, el nostre enfocament fa ús de materials orgànics de canvi de fase (PCM) senzills i econòmics com a elements bàsics sensibles a estímuls externs (per exemple, parafines). Pel que fa als materials fluorescents sensibles a estímuls, hem demostrat nous mecanismes de modulació de l'emissió que es basen en com la transició sòlid-liquat dels PCM modifica les propietats de fluorescència dels emissors dispersos en afectar les seves interaccions intra i intermoleculars. D'aquesta manera, s'ha desenvolupat una gamma de mescles fluoròfor-PCM que varien de manera reversible el seu color o intensitat d'emissió en fondre's i solidificar-se el PCM. A més, mitjançant la combinació d'aquests materials amb agents fototèrmics absorbents d'infraroig proper (NIR), s'ha aconseguit la fusió del PCM i, per tant, la modulació de l'emissió fototèrmicament. Gràcies a aquest mètode senzill, les mescles de fluoròfors i PCM que responen intrínsecament a la temperatura s'han convertit en sistemes que responen a l'infraroig proper, la qual cosa els fa més interessants per a aplicacions biomèdiques i de seguretat. A més, els mesclatges fluoròfor-PCM s'han miniaturitzat en micro i nanoestructures que conserven la capacitat de variar la seva emissió en canviar la fase PCM. Aquests materials miniaturitzats s'han integrat en plataformes funcionals com ara tintes i pel·lícules polimèriques que presenten les mateixes propietats fluorescentes sensibles a estímuls. Finalment, tots aquests sistemes macrosòpics i miniaturitzats basats en PCM s'han investigat per a diferents aplicacions com ara tintes de seguretat, biosensors i codificació de dades. D'altra banda, el gran canvi en l'índex de refracció (n) dels PCM en produir-se una transició de fase s'ha utilitzat per a preparar un nou tipus de materials termo-òptics. Per a això, s'han incrustat partícules de parafina en pel·lícules polimèriques per obtenir materials sòlids que mostren grans variacions en n a temperatures al voltant de la temperatura de fusió del PCM dispers. Depenent de la mida de les partícules de parafina incrustades, es van observar variacions grans o despreciables en la transparència a més del canvi en n. Per als materials que mostren grans canvis en la transparència, s'ha explorat la seva aplicació com finestres intel·ligents d'estalvi energètic. En canvi, els sistemes amb canvis despreciables de transparència però amplia variació de n s'han investigat per a l'òptica planar reconfigurable.

Data del Ajut	27 d’oct. 2023
Idioma original	Anglès
Supervisor	Claudio Roscini . (Director/a) & Jordi Hernando Campos (Director/a)