00 presenta puebla 2010
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Spectroscopic and nonlinear optical characterization of
crystal-violet dye embedded in SiO2-sonogels
M. I. Vicente Torres ZúñigaTutor: Dr. Omar G. Morales
Saavedra
Caracterización óptica lineal y no-lineal de un medio
octupolar hibrido: crystal-violet alojado en una matriz de
sonogel
M. I. Vicente Torres ZúñigaTutor: Dr. Omar G. Morales
Saavedra
Nuestro objetivoNuestro objetivo
• Observar propiedades ópticas no-lineales Observar propiedades ópticas no-lineales diversas en nuevos materiales, que diversas en nuevos materiales, que posteriormente se conviertan en posteriormente se conviertan en prototipos de alta tecnología fotónica.prototipos de alta tecnología fotónica.
3Vicente T. Z., CCADET-UNAM
La Óptica No-lineal es …La Óptica No-lineal es …
• Disciplina en que la densidad de polarización eléctrica Disciplina en que la densidad de polarización eléctrica de el medio es estudiada como una función no-lineal del de el medio es estudiada como una función no-lineal del campo electromagnético de la luzcampo electromagnético de la luz
Óptica lineal:• refracción• reflexión•absorción• ecuaciones de Fresnel•Etc.
Óptica no lineal cuadrática:•GSA•Efecto Pockels•Etc.
ONL de tercer orden:•Efecto Kerr•GTA•Etc.
4Vicente T. Z., CCADET-UNAM
Fenómenos de segundo ordenFenómenos de segundo orden
5Vicente T. Z., CCADET-UNAM
¿Qué es el GSA?¿Qué es el GSA?
• Generación de Segundo Armónico Óptico Generación de Segundo Armónico Óptico
• Es convertir una onda fundamental Es convertir una onda fundamental ωω en en 22ωω
1064 nm 532 nm
6Vicente T. Z., CCADET-UNAM
Nuevos materiales orgánicosNuevos materiales orgánicos
7Vicente T. Z., CCADET-UNAM
• Convenientes por su Convenientes por su flexibilidad en diseño molecular flexibilidad en diseño molecular y bajo costo.y bajo costo.
• Pueden presentar intensos Pueden presentar intensos efectos ONL.efectos ONL.
• las moléculas octupolares son las moléculas octupolares son novedosas frente a los dipolos.novedosas frente a los dipolos.
• Los octupolos son sistemas Los octupolos son sistemas simétricos donde su tensor simétricos donde su tensor ββ presenta contribuciones presenta contribuciones puramente octupolares, se da puramente octupolares, se da en sistemas trigonales en sistemas trigonales
Polarización en una sola molécula
(1) (1)1
3xyy xxxβ β=
(3) (3)xyy xxxβ β= −
( ) ( )
( ) ( )
3 13
4 41 1
34 4
xxx xxx xyy xxx xyy
xyy xxx xyy xxx xyy
β β β β β
β β β β β
= + + − = + + −
(2) 2i ijk j kP E Eβ= Polarizabilidad estática, tensor simétrico de tercer orden
En coordenadas esféricas
Simetría de Kleinmann
Para aromáticos
,xxx xyy yxy yyxβ β β β= =
1 3J Jβ β β= == ⊕(1) (3)β β β= ⊕
Octupolos diversosOctupolos diversos
• Contamos con Contamos con recién sintetizados recién sintetizados octupolosoctupolos
• Pero buscamos una Pero buscamos una molécula estándar molécula estándar para hacer para hacer comparaciones: el comparaciones: el Crystal-VioletCrystal-Violet es es nuestro candidatonuestro candidato
9Vicente T. Z., CCADET-UNAM
¿Por qué elegir el ¿Por qué elegir el Crystal-VioletCrystal-Violet??
Matrosovich et al. Virology Journal 2006 3:63
10Vicente T. Z., CCADET-UNAM
• El El CV CV = tris[p-= tris[p-(dimethylamino)phenyl]methyl (dimethylamino)phenyl]methyl cationcation
• Química:Química: excelente carbo- excelente carbo-cation en solventes, es un buen cation en solventes, es un buen colorante colorante
• Biología: Biología: fuerte mutágeno y fuerte mutágeno y trazador en microscopiatrazador en microscopia
• Física:Física: trazador fluorescente, trazador fluorescente, presenta una gran presenta una gran hiperpolarizabilidadhiperpolarizabilidad
Estructura molecularEstructura molecular
• Cuenta con simetría SCuenta con simetría S33, forma de hélice, , forma de hélice, no forma un plano. no forma un plano.
11Vicente T. Z., CCADET-UNAM
(a) (b)
Necesidad de estado sólidoNecesidad de estado sólido
• Buscamos que estos sistemas Buscamos que estos sistemas orgánicos sean parte de un orgánicos sean parte de un dispositivo tecnológico.dispositivo tecnológico.
• Necesitamos de muestras en Necesitamos de muestras en estado sólido: bulto, películas estado sólido: bulto, películas delgadasdelgadas
• El tinte debe ser protegido por El tinte debe ser protegido por una matriz, estable, inerte, una matriz, estable, inerte, transparente, químicamente transparente, químicamente pura: el sol-gel es nuestra pura: el sol-gel es nuestra elección.elección.
12Vicente T. Z., CCADET-UNAM
Proceso Sol-gelProceso Sol-gel
Es la hidrólisis de Es la hidrólisis de precursores moleculares precursores moleculares y la policondensación a y la policondensación a una forma vidriosa una forma vidriosa (matrices amorfas).(matrices amorfas).
Por su porosidad permite Por su porosidad permite la agregación de la agregación de sustancias orgánicas e sustancias orgánicas e inorgánicas durante la inorgánicas durante la formación de la red formación de la red vidriosa a temperatura vidriosa a temperatura ambienteambiente
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Vicente T. Z., CCADET-UNAM
Sonogel: Sol-gel activado por Sonogel: Sol-gel activado por ultrasonidoultrasonido
• Mezcla de TEOS y Agua
• Ondas ultrasónicas forman el sol-gel
• No se emplean catalizadores.
• Esperar 24 horas
• Adición de sustancias en el sol
• Formación del gel• A las 48 horas sin
refrigerar es muy viscoso.
• Muestras en dos semanas, a 30ºC
14Vicente T. Z., CCADET-UNAM
(a) REFERENCE (b) BANANA (c) PYRENE (d) LC-RED-PEGM-7(e) RHODAMINE (f) NILE BLUE
10 mm
Formación de los monolitos Formación de los monolitos
• Se evito la Se evito la autoabsorción: 2mg autoabsorción: 2mg CV en 5 ml THFCV en 5 ml THF
• Obtenemos Obtenemos pastillas: cilindros pastillas: cilindros de 7-10 mm de de 7-10 mm de diámetro y 07-1.4 diámetro y 07-1.4 mm de grosor. mm de grosor.
• De color púrpuraDe color púrpura
15Vicente T. Z., CCADET-UNAM
• Muestra pura Muestra pura (2.0:0.0)(2.0:0.0)
• Muestras Muestras hibridas (1.9:0.1)-hibridas (1.9:0.1)-(1.5:0.5)(1.5:0.5)
(a) (b)
Microscópia de reflexiónMicroscópia de reflexión
• Encontramos defectos de ~ Encontramos defectos de ~ 40 micras en muestras sin 40 micras en muestras sin pulir.pulir.
• Son despreciables para Son despreciables para nuestras caracterizacionesnuestras caracterizaciones
16Vicente T. Z., CCADET-UNAM
fuente
muestra
detector
Índice de refracción lineal
Muestra (concentración)
Índice de refracción
sonogel puro (2.0:00)
1.30
Híbrido (1.9:0.1) 1.37
Híbrido(1.8:02) 1.38
Híbrido(1.7:0.3) 1.41
Híbrido(1.6:0.4) 1.43
Híbrido(1.5:0.5) 1.44
CV puro 1.6 (valor teórico)17Vicente T. Z., CCADET-UNAM
Wikimedia commons
/ tan( )B i Bn n θ=
Espectroscopia UV-VisEspectroscopia UV-Vis
• Alta pureza en las Alta pureza en las muestrasmuestras
• Identificación de Identificación de las bandas de las bandas de interésinterés
• Control de la Control de la absorción en absorción en función de la función de la concentración de concentración de CVCV
18Vicente T. Z., CCADET-UNAM
Actividad fotoluminiscenteActividad fotoluminiscente
• Importante Importante actividad FL.actividad FL.
• Correcta inclusión Correcta inclusión • Presencia de Presencia de
complejas complejas interacciones de interacciones de estados estados energéticosenergéticos
19Vicente T. Z., CCADET-UNAM
Arreglo experimental para medir Arreglo experimental para medir GSAGSA
20Vicente T. Z., CCADET-UNAM
Señales de GSASeñales de GSA
21Vicente T. Z., CCADET-UNAM
Conclusiones GeneralesConclusiones Generales
• Obtención de compositos híbridos muy Obtención de compositos híbridos muy purospuros
• Homogénea inclusión del CV en el sonogelHomogénea inclusión del CV en el sonogel• Control de características ópticas en Control de características ópticas en
función de la concentraciónfunción de la concentración• En muestras sin pulir, sin orientación En muestras sin pulir, sin orientación
previa, previa, • Observamos GSA de materiales centro Observamos GSA de materiales centro
simétricos encapsulado en un amorfo simétricos encapsulado en un amorfo 22Vicente T. Z., CCADET-UNAM
