LÁMPARAS EMISORAS QUE COMPRENDEN AGREGADOS METÁLICOS CONFINADOS EN TAMICES MOLECULARES.

Una lámpara emisora que comprende por lo menos una fuente de radiación y por lo menos un elemento de emisión,

caracterizada porque el elemento de emisión comprende un conjunto de agregados oligoatómicos de Au y/o Ag confinados en zeolitas seleccionadas de zeolita 3A, zeolita 13X, zeolita 4A, zeolita 5A, ZKF y combinaciones de las mismas, de modo que cuando la fuente de radiación irradia al elemento de emisión en un intervalo de longitud de onda inferior a 400 nm, la fuente de emisión convierte la radiación invisible emitida por la fuente de radiación a temperatura ambiente o superior a luz visible

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a emisión de luz blanca y de color usando agregados atómicos de un metal confinados, preferiblemente de plata y oro, y más particularmente al uso de tamices moleculares que comprenden agregados oligoatómicos de plata como materiales luminiscentes para iluminación basada en 5 fotoluminiscencia.

Antecedentes de la invención

La presente invención concierne a lámparas de emisión similares a lámparas fluorescentes que comprenden como material emisor agregados oligoatómicos de un metal confinados en zeolitas.

En los últimos años, se ha mejorado la técnica de la síntesis de zeolitas con propiedades deseadas 10 mediante selección del agente directriz de la estructura (SDA), control de las condiciones de síntesis y tratamientos posteriores a la síntesis [H. van Bekkum, E. M. Flanigen, P. A. Jacobs y J. C. Jansen (editores), Introduction to Zeolite Science and Practice, 2ª edición, Studies in Surface Science and Catalysis, 2001, 137; A. Corma, Chem. Rev., 1997, 97, 2.373-2.419; M. E. Davis, Nature, 2002, 417, 813-821; M. E. Davis et al., Chem. Mater., 1992, 4.756-4.768; P-P. E. A. de Moor, Chem. Eur. J., 1999, 5(7J, 2.083-2.088; J. de A. A. Galo et al., Chem. Rev., 2002, 102, 15 4.093-4.138]. Al mismo tiempo, la familia de materiales mesoporosos ordenados se ha incrementado enormemente por el uso de diferentes tensioactivos y condiciones de síntesis (A. Corma, Chem. Rev., 1997, 97, 2.373-2.419; M. E. Davis, Nature, 2002, 417, 813-821; J. de A. A. Galo et al., Chem. Rev., 2002, 102, 4.093-4.138; J. Y. Ying et al., Angew. Chem. Int. Ed., 1999, 3S, 56-77). El uso del molde apropiado permite el control del tamaño de los poros, distribución y conectividad durante la síntesis de la zeolita. Por ejemplo, usando tensioactivos como bromuro de 20 cetiltrimetilamonio o bromuro de dodeciltrimetilamonio se origina en general la formación de materiales mesoporosos. En una realización preferida, los tamices moleculares son uno o más seleccionados del grupo que consiste en mordenita, ZSM-5, zeolita A, zeolita L, faujasita, ferrierita, chabacitas y mezclas de las zeolitas antes mencionadas.

Los materiales de la presente invención, por ejemplo, zeolitas que contienen agregados oligoatómicos de 25 plata, son económicos y no tóxicos. Actualmente se usan zeolitas en grandes cantidades en detergentes y la plata, a pesar de sus propiedades antimicrobianas, no tiene ningún efecto tóxico conocido sobre los tejidos humanos. Por ejemplo, la plata coloidal se ha comercializado mucho como suplemento dietético de actividad protectora contra el estrés oxidante y formación de especies de oxígeno reactivo.

A diferencia de metales en masa, que están desprovistos de una banda prohibida y por lo tanto son buenos 30 conductores eléctricos, los agregados pequeños de Au o Ag presentan propiedades emisoras interesantes a partir de niveles discretos de energía. Este fenómeno se ha demostrado, por ejemplo, en el caso de agregados de plata de menos de 100 átomos en matrices de gases raros, en soluciones acuosas y sobre películas de óxido de plata. Cálculos químicos cuánticos confirman el carácter molecular y estados discretos de energía de estos agregados pequeños de plata (R. L. Johnston, Atomic and Molecular Clusters, Taylor & Francis, Londres y Nueva Cork, 2002; I. 35 Rabin, W. Schulze, G. Ertl, C. Felix, S. Sieber, W. Harbich y J. Buttet, Chemical Physics Letters, 2000, 320, 59-64; L. A. Peyser, A. E. Vinson, A. P. Bertko y R. M. Dickson, Science, 2001, 291, 103-106; T. H. Lee, J. I. González y R. M. Dickson, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2002, 99, 10.272-10.275; T. H. Lee, J. I. González, J. Zheng y R. M. Dickson, Accounts of Chemical Research, 2005, 38, 534-541; V. Bonacic-Koutecky, R. Mitric, C. Burgel, H. Noack, M. Hartmann y J. Pittner, European Physical Journal, 2005, D 34, 113-118; T. H. Lee, C. R. Hladick y R. M. Dickson, 40 Nano Letters, 2003, 3, 1.561-1.564; I. Rabin, W. Schulza y G. Ertl, Chemical Physics Letters, 1999, 312, 394-398; C. Felix, C. Sieber, W. Harbich, J. Buttet, I. Rabin, W. Schulze y G. Ertl, Chemical Physics Letters, 1999, 313, 105-109; I. Rabin, W. Schulze y G. Ertl, Crystal Research Technology, 1998, 33, 1.075-1.084; I. Rabin, W. Schulze y G. Ertl, Journal of Chemical Physics, 1998, 108, 5.137-5.142; L. Koenig, I. Rabin, W. Schulze y G. Ertl, Science, 1996, 274, 1.353-1.355; J. Zheng y R. M. Dickson, Journal of the American Chemical Society, 2002, 124, 13.982-13.983; V. 45 Bonacic-Koutecky, V. Veyret y R. Mitric, Journal of Chemical Physics, 2001, 115, 10.450-10.460; V. Bonacic-Koutecky, J. Pittner, M. Boiron y P. Fantucci, Journal of Chemical Physics, 1999, 110, 3.876; V. Bonacic-Koutecky, L. Cespiva, P. Fantucci y J. Koutecky, Journal of Chemical Physics, 1993, 98, 7.981-7.994; J. Yoon, K. S. Kim y K. K. Baeck, Journal of Chemical Physics, 2000, 112, 9.335-9.342; S. Fedrigo, W. Harbich y J. Buttet, Journal of Chemical Physics, 1993, 99, 5.712-5.717). 50

El problema principal en el estudio y creación de agregados pequeños de Au o Ag es su agregación a nanopartículas grandes y finalmente a metal en masa, con pérdida de emisión. Por lo tanto, se ha demostrado que el uso de estructuras porosas con tamaños limitados de poros, cavidades y túneles resuelve el problema de la agregación permitiendo entidades emisoras estables en el tiempo.

Los agregados de plata en tamices moleculares presentan una estabilidad notable (N. E. Bogdanchikova, V. 55 P. Petranovskii, Y. Sugi, V. M. Soto y S. Fuentes, Applied Surface Science, 1999, 150, 58-64). Bogdanchikova et al. encontraron que la estabilidad de los agregados de plata depende de la fuerza del ácido, que puede estar relacionada con la composición, por ejemplo, la relación molar SiO2/Al2O3, de los tamices moleculares. Los agregados de plata en mordenitas que tienen sitios ácidos débiles son estables durante por lo menos 50 meses, un período de tiempo suficientemente largo con respecto a la aplicación deseada en una fuente de luz visible. La 60

desaparición de los agregados de átomos de plata está relacionada con su oxidación. Evidentemente la reducción de los agregados a un dispositivo pobre o exento de oxígeno incrementará aún más la estabilidad. En una realización de la presente invención, agregados de Au o Ag se protegen de la oxidación por encapsulación en tamices moleculares. Adicionalmente, si se requiere, se puede usar un recubrimiento externo de los cristales del material o un taponamiento de las entradas de los poros para proteger más los agregados del metal ocluidos. 5

El estado actual de la técnica nunca ha sugerido o demostrado la conversión a temperatura ambiente de luz invisible, por ejemplo, luz con energía en la región del ultravioleta, a luz de menor energía, por ejemplo, luz visible, por agregados oligoatómicos de un metal embebidos en tamices moleculares.

Algunas tecnologías de la técnica se refieren a las propiedades fotofísicas de zeolitas cargadas con plata. Por ejemplo, Chen et al. cargaron zeolitas Y con AgI, en lugar de con agregados de plata, y las bombearon o 10 cargaron con luz de 254 nm, sin embargo, sin observación o descripción de emisión visible (W. Chen, A, G. Joly y J. Roark, Physical Review, 2002, B 65, 245.404 Artn 245404, y patentes de Estados Unidos 7.067.072 y 7.126.136). Calzaferri y et. demostraron la absorción de luz de 254 nm por zeolitas que contenían plata metálica, sin notificación de emisión (G. Calzaferri, C. Leiggener, S. Graus, D. Schurch y K. Kuge, Chemical Society Reviews, 2003, 32, 29-37). Kanan et al. demostraron cierta intensidad de emisión en zeolita intercambiada con plata (I), sin embargo sólo 15 cuando se excitó a temperaturas inferiores a 200ºK (M. C. Kanan, S. M. Kanan y H. H. Patterson, Research on Chemical Intermediates, 2003, 29, 691-704). En resumen, los ejemplos no cumplen los requisitos para su aplicación en lámparas o sistemas o dispositivos de iluminación, como los ideados para la presente invención.

La solicitud de patente WO 97/29165 describe una lámpara de descarga de mercurio de baja presión que comprende una zeolita luminiscente que contiene iones de metales de las tierras raras. 20

La presente invención concierne al campo de lámparas de luz visible y lámparas relacionadas que comprenden, por ejemplo, materiales luminiscentes de luz blanca y de color, con emisión de luz visible blanca o de luz de color a temperatura ambiente o superior. Dichos dispositivos comprenden, por lo tanto, materiales luminiscentes para iluminación basada en fotoluminiscencia generada... [Seguir leyendo]

1. Una lámpara emisora que comprende por lo menos una fuente de radiación y por lo menos un elemento de emisión, caracterizada porque el elemento de emisión comprende un conjunto de agregados oligoatómicos de Au y/o Ag confinados en zeolitas seleccionadas de zeolita 3A, zeolita 13X, zeolita 4A, zeolita 5A, ZKF y combinaciones de las mismas, de modo que cuando la fuente de radiación irradia al elemento de emisión en un intervalo de longitud 5 de onda inferior a 400 nm, la fuente de emisión convierte la radiación invisible emitida por la fuente de radiación a temperatura ambiente o superior a luz visible.

2. La lámpara emisora de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende por lo menos una fuente de radiación que, cuando está funcionando, irradia a longitudes onda inferiores a 280 nm.

3. La lámpara emisora de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende además una 10 envoltura que rodea a la fuente de radiación y al elemento de emisión, en la que la envoltura es preferiblemente un bulbo o un tubo.

4. La lámpara emisora de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la fuente de radiación es una fuente de radiación UV de longitud de onda media (UVC), UV lejana (FUV), UV en vacío (VUV), UV extrema (EUV) o UV profunda (XUV). 15

5. La lámpara emisora de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además un elemento de transmisión de la radiación para transmitir la luz visible en una dirección deseada.

6. La lámpara emisora de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en la que la envoltura es resistente a las radiaciones, preferiblemente resistente a la radiación UV.

7. La lámpara emisora de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, en la que el elemento de transmisión de la 20 radiación dirige la radiación invisible al conjunto de agregados oligoatómicos de Au y/o Ag confinados en las citadas zeolitas.

8. La lámpara emisora de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el conjunto comprende agregados oligoatómicos de Au y/o Ag confinados en las citadas zeolitas que están embebidas en una matriz. 25

9. La lámpara emisora de acuerdo con la reivindicación 8, en la que la matriz comprende además un aglutinante de partículas.

10. La lámpara emisora de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el conjunto es un conjunto pulverulento de agregados oligoatómicos de Au y/o Ag confinados en las citadas zeolitas.

11. La lámpara emisora de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la fuente 30 de radiación es un láser o una fuente de radiación por diodo emisor de luz.

12. La lámpara emisora de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, para la generación de luz blanca o de luz de un color específico.

13. La lámpara emisora de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el citado elemento de emisión consiste en un conjunto de diferentes agregados oligoatómicos de Au y/o Ag confinados en una 35 zeolita o en una combinación de varias zeolitas, para crear luz a una temperatura de color predeterminada.

14. La lámpara emisora de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que los poros de las citadas zeolitas que contienen los agregados oligoatómicos de Au y/o Ag están recubiertos por una matriz de recubrimiento o cerrados por moléculas de taponamiento.

15. Un método de convertir, a temperatura ambiente o superior, radiación invisible a luz visible, método que 40 comprende dirigir una radiación de excitación de una longitud de onda inferior a 400 nm desde la citada fuente de radiación, por contacto directo o mediante un elemento o medio de transmisión, hacia un conjunto de agregados oligoatómicos de Au y/o Ag de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, para convertir radiación invisible emitida por la fuente de radiación a luz visible.