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Hamilton Ponce 1,2, Óscar Deodanes 2, Nelson Cisneros 2, Jorge Cuadra 2 y Carlos Rudamas 2,1.
1Laboratorio de Nanotecnología, Instituto de Ciencia, Tecnología e Innovación, Universidad Francisco Gavidia.

2Laboratorio de Espectroscopia Óptica, Facultad de Ciencias Naturales y Matemática, Universidad de El Salvador.

Nanoestructuras de carbono: una opción para el ahorro energético en los hogares salvadoreños

Las nanoestructuras de carbono han llamado la atención, a científicos, debido a sus muy buenas propiedades ópticas y electrónicas. Por ejemplo, se pueden mencionar su emisión de luz sintonizable, excelente fotoestabilidad y que son amigables con el medio ambiente debido a su baja toxicidad [1, 2]. Debido a estas propiedades, son buenas candidatas para aplicaciones en diodos emisores de luz (conocidos como LEDs del inglés Light Emitting Diodes), marcadores biológicos, suministro de fármacos, catálisis, celdas solares, entre otras [3]. La síntesis de estas nanoestructuras se puede lograr por varios métodos, entre los que destaca la carbonización directa, por su facilidad y bajo coste. En el Laboratorio de Nanotecnología de la UFG y en colaboración con investigadores del Laboratorio de Espectroscopia Óptica de la UES, hemos fabricado y caracterizado nanoestructuras de carbono de productos naturales como jugo de naranja, jugo de tomate y jugo de sandía, con este método. Esto nos ha permitido su utilización en la construcción de prototipos LEDs usando la conversión descendente, que es una de las técnicas con la que se construyen muchos de los dispositivos que se encuentran en el mercado [1,4, 5]. 

Para este fin, las nanoestructuras sintetizadas fueron insertadas en una matriz de silicona. Esta se ha depositado en forma de capa sobre un LED ultravioleta, como se muestra en la figura. De esta forma las nanoestructuras en la matriz son irradiadas con luz de alta energía y transforman estos fotones, mediante un proceso de fotoluminiscencia, en un espectro de emisión blanco, de menor energía, que no es dañina para los tejidos humanos. 

Esquema del dispositivo LED por conversión descendente (izquierda); Fotografía del prototipo (centro); Prototipo bajo iluminación ultravioleta a 365 nm (derecha). 

Estos resultados tan importantes muestran que las nanoestructuras obtenidas mediante carbonización directa de productos naturales son compatibles con una matriz de silicona y muestran su gran potencial de uso en la fabricación de LEDs blancos. Este prototipo podría optimizarse y escalarse para contribuir en el ahorro energético en los hogares salvadoreños. Una de las características importantes de estos dispositivos es su bajo consumo de energía.  Es importante destacar que los LEDs constituyen una tecnología de iluminación de alta eficiencia energética y tienen el potencial de cambiar fundamentalmente el futuro de la iluminación. Por ejemplo, se estima que los LEDs residenciales utilizan al menos un 75% menos de energía, y duran hasta 25 veces más que la iluminación incandescente [6].       

Con estos resultados se está contribuyendo al ahorro energético en el país y podría significar una reducción en la emisión de gases contaminantes a la atmósfera, si la energía utilizada se genera con combustibles fósiles, así como también al uso de materiales amigables con el medio ambiente en la construcción de luminarias. 

[1] O. Deodanes, J. C. Molina, C. Violantes, D. Pleitez, J. Cuadra, H. Ponce and C. Rudamas, “White Light Emitting CdS Quantum Dot Devices Coated with Layers of Graphene Carbon Quantum Dots”, MRS Advances, 5, 3337 (2020). 

[2] J.  Cuadra Aparicio, H. Ponce y C. Rudamas, “Interlayer transition in graphene carbon quantum dots». MRS Advances”, 5, 3345 (2020).  

[3] W. Liu, C. Li, X. Sun, W. Pan, G. Yu y J. Wang, “Highly crystalline carbon dots from fresh tomato: UV emission and quantum confinement”, Nanotechnology, 28, 485705 (2017) 

[4] D. Tan, S. Zhou y J. Qiu. “Comment on Upconversion and Downconversion Fluorescent Graphene Quantum Dots: Ultrasonic Preparation and Photocatalysis”, ACS Nano, 6, 6530 (2012). 

[5] O. Deodanes, J. Cuadra, H. Ponce, J. C. Molina, D. Pleitez, C. Violantes, C. Rudamas, “White Light Emitting Diode Prototypes Based on Cadmium Sulfide and Graphene Carbon Quantum Dots” Rev. Comun. Cient. Tecnol., 6, 15 (2021) 

[6] C. Rudamas, J. Cuadra, N. Cisneros, Oscar Deodanes, H. Ponce y J. C. Molina, “Nanoestructuras para aplicaciones amigables con el medio ambiente” capítulo de libro en Latinoamérica ante los desafíos de la energía renovable, editado por F. E. Navarrete-Báez (Ave Editorial, México, en prensa) y referencias dentro  

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