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

Resumen

Esta tesis presenta nuevas estrategias para la preparación de materiales fluorescentes y termo-ópticos sensibles a estímulos. Como alternativa a las metodologías de fabricación actuales, que presentan graves inconvenientes como su baja escalabilidad, escasa variabilidad y su limitada resistencia a la fatiga, nuestro enfoque hace uso de materiales orgánicos de cambio de fase (PCM) sencillos y rentables como elementos básicos sensibles a estímulos externos (por ejemplo, parafinas). En el caso de los materiales fluorescentes sensibles a estímulos, hemos demostrado nuevos mecanismos de modulación de la emisión que se basan en cómo la transición sólido-líquido de los PCM modifica las propiedades de fluorescencia de los emisores dispersos al afectar a sus interacciones intra e intermoleculares. De este modo, se ha desarrollado un abanico de mezclas fluoróforo-PCM que varían reversiblemente su color o intensidad de emisión al fundirse y solidificarse el PCM. Además, mediante la combinación de estos materiales con agentes fototérmicos absorbentes del infrarrojo cercano (NIR), se ha logrado la fusión del PCM y, por tanto, la modulación de la emisión fototérmicamente. Gracias a este sencillo método, las mezclas de fluoróforos y PCM que responden intrínsecamente a la temperatura se han convertido en sistemas que responden al infrarrojo cercano, lo que los hace más interesantes para aplicaciones biomédicas y de seguridad. Además, las mezclas fluoróforo-PCM se han miniaturizado en micro y nanoestructuras que conservan la capacidad de variar su emisión al cambiar la fase PCM. Estos materiales miniaturizados se han integrado en plataformas funcionales como tintas y películas poliméricas que presentan las mismas propiedades fluorescentes sensibles a estímulos. Por último, todos estos sistemas macroscopicos y miniaturizados basados en PCM se han investigado para diferentes aplicaciones como tintas de seguridad, biosensores y codificación de datos. Por otra parte, el gran cambio en el índice de refracción (n) de los PCM al producirse una transición de fase se ha utilizado para preparar un nuevo tipo de materiales termo-ópticos. Para ello, se han embebido partículas de parafína en películas poliméricas para obtener materiales sólidos que muestran grandes variaciones en n a temperaturas en torno a la temperatura de fusión del PCM disperso. Curiosamente, dependiendo del tamaño de las partículas de parafina embebidas, se observaron variaciones grandes o despreciables en la transparencia además del cambio en n. Para los materiales que muestran grandes cambios en la transparencia, se ha explorado su aplicación como ventanas inteligentes de ahorro energético. En cambio, los sistemas con cambios despreciables de transparencia pero amplia variación de n se han investigado para la óptica planar reconfigurable.

Fecha de lectura	27 oct 2023
Idioma original	Inglés
Supervisor	Claudio Roscini . (Director/a) & Jordi Hernando Campos (Director/a)