Emisión de luz sintonizable de vidrios de borosilicato dopados con Bi y V para aplicación en diodos emisores de luz blanca

Un grupo de investigación de España y Eslovaquia ha logrado un avance en el campo de los materiales luminiscentes con posible aplicación a la iluminación LED gracias a la publicación de un trabajo en el que se describe el diseño y fabricación de vidrios de borosilicato dopados con bismuto (Bi) y vanadio (V) capaces de emitir luz blanca formada por un amplio espectro de todos los colores. Estos vidrios, transparentes y de bajo coste, tienen un potencial prometedor para su aplicación en futuros diodos emisores de luz (LED) blancos de buena eficiencia y bajo consumo de energía.

Uno de los principales retos actuales es reducir el consumo de energía global, y la iluminación general aun representa un porcentaje significativo de ese consumo energético.

Los LED son una solución eficiente y de bajo consumo en el mercado de la iluminación, sin embargo, la mayoría de los LED de luz blanca disponibles en el mercado requieren la combinación de varios materiales para conseguir varios colores que al juntarse dan luz blanca, y esto puede afectar a su estabilidad y eficiencia. Además, algunos de estos materiales utilizados actualmente presentan aspectos económicos y de sostenibilidad preocupantes.

En este contexto, los vidrios de borosilicato dopados con bismuto y vanadio presentan una alternativa prometedora, nunca explorada para emisión de luz blanca. Estos vidrios capaces de emitir luz son materiales inorgánicos que se caracterizan por su facilidad de preparación y su capacidad para fabricarse en películas finas compatibles con los métodos de producción industrial. Los vidrios de borosilicato ofrecen una buena conductividad eléctrica y buenas propiedades mecánicas.

Los vidrios de borosilicato desarrollados en este estudio se obtuvieron mediante un proceso de fusión a temperatura relativamente baja, método adecuado también para su futura producción a gran escala. La adición a los vidrios fabricados de iones de bismuto y vanadio, (elementos abundantes y poco costosos) permitió obtener emisiones de amplio espectro, cubriendo todo el rango de luz visible. Los iones de bismuto añadidos se han encontrado principalmente en forma de Bi3+, actuando como modificadores de las propiedades del material que reducen la temperatura de transición vítrea (temperatura a la que un solido amorfo pasa de un estado duro a un estado blando) a medida que aumenta su contenido.

La fotoluminiscencia de los iones de bismuto se desplazó hacia longitudes de onda más largas a medida que aumentaba su contenido en los vidrios, lo cual se asoció a la estabilización del Bi2+ y la presencia de Bi3+ en diferentes entornos locales. Combinados con los iones de vanadio, los vidrios mostraron una emisión de luz que cubría todo el espectro visible, lo que los convierte en una opción prometedora para aplicaciones de LED blancos. Además, estos vidrios permitieron lograr temperaturas de color correlacionadas entre 6135 y 4010 K, ofreciendo una iluminación de calidad.

El desarrollo de estos vidrios sin tierras raras abre nuevas posibilidades en la fabricación de LED blancos de bajo consumo y buena eficiencia. Además, su producción a gran escala y su bajo coste los convierten en una opción atractiva para la iluminación general. Los investigadores llevaron a cabo un estudio exhaustivo de las propiedades térmicas, estructurales, composicionales y ópticas de estos vidrios, utilizando diversas técnicas de análisis.

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