La investigación sobre nanopartículas capaces de emitir luz, como los puntos cuánticos, ha sido un área activa de interés durante la última década. Estas partículas, o fósforos, son nanopartículas hechas de varios materiales que son capaces de emitir luz en longitudes de onda específicas aprovechando las propiedades mecánicas cuánticas de los materiales. Esto posibilita la creación de nuevas formas de desarrollar soluciones de iluminación y visualización, así como instrumentos de detección y sensorización más precisos. 

A medida que la tecnología se vuelve más pequeña y sofisticada, el uso de nanopartículas fluorescentes ha experimentado un dramático aumento en muchas aplicaciones debido a la pureza de los colores que por ejemplo emiten los puntos cuánticos, así como su capacidad de ajuste según las propiedades ópticas deseadas. 

Entre estas nanopartículas, los puntos de carbono, nanopartículas de carbono luminiscentes, han surgido como una prometedor candidato para su aplicación en el desarrollo de nuevos LEDs, pantallas, sensores y sistemas de conversión de energía, debido a los beneficios que estos aportan: fuerte luminosidad, capacidad de ajuste de color, fucionalidad, baja toxicidad y preparación simple. En lo que respecta a la toxicidad son realmente relevantes ya que son un sustituto ideal para los puntos de no-carbono, cuya construcción requiere de metales pesados no tóxicos. 

Una de las características principales de los puntos de carbono es su capacidad para emitir múltiples longitudes de onda de luz desde una sola nanopartícula. Esta emisión de longitud de onda múltiple se puede estimular bajo una sola fuente de excitación, lo que permite la generación simple y robusta de luz blanca a partir de una sola partícula mediante la emisión simultánea de múltiples longitudes de onda. 

Los puntos de carbono también exhiben una fotoluminiscencia dependiente de la concentración. En otras palabras, la distancia entre los puntos de carbono individuales afecta a la luz que emiten posteriormente bajo una fuente de excitación. Estas propiedades combinadas hacen de los puntos de carbono una fuente única que resultara en una fuente de detección y sensorización extremadamente precisa. 

Sin embargo, esta dependencia de la concentración no se había entendido completamente. Además, su falta de emisión roja hasta ahora ha limitado su uso práctico para diversas aplicaciones. Para utilizar plenamente las capacidades de los puntos de carbono, primero se deben descubrir los mecanismos que gobiernan las propiedades ópticas aparentemente variables. Anteriormente se teorizó que la concentración-dependencia de los puntos de carbono se debía a un efecto de unión de hidrógeno.

Ahora, un equipo de investigación del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST), dirigido por el profesor Do Hyun Kim del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular, ha postulado y demostrado que la emisividad de doble color se debe en cambio a las distancias entre partículas entre cada punto de carbono. Los resultados de la investigación fueron publicados recientemente en la revista científica “Physical Chemistry Chemical Physics” de la Royal Society Of Chemistry. 

Los investigadores examinaron cómo cambia la intensidad de luz relativa de los colores rojo y azul al variar la distancia de las interpartículas, o la concentración, de los puntos de carbono. Encontraron que a medida que se ajustaba la concentración, la luz emitida de los puntos de carbono se transformaría. Al variar la concentración, el equipo pudo controlar la intensidad relativa de los colores, así como emitirlos de forma simultánea para generar una luz blanda de una sola fuente. 

“La concentración-dependencia de la fotoluminiscencia de los puntos de carbono en el cambio de los orígenes emisivos para diferentes distancias de interpartículas se ha pasado por alto en investigadores anteriores. Con el análisis del fenómeno de emisión de doble color de los puntos de carbono, creemos que este resultado puede proporcionar una nueva perspectiva para investigar su mecanismo de fotoluminiscencia”, explica Hyo Jeong Yoo, primer autor del Paper. 

La capacidad recién analizada para controlar la fotoluminiscencia de los puntos de carbono probablemente se utilizará en gran medida en el desarrollo continuo de aplicaciones de iluminación y detección de estado sólido.