Desenvolvimento de monólitos vítreos sílicoaluminosos dopados com lantanídeos pelo processo sol-gel com perspectivas de uso em lasers. - BURITI, Josué da Silva. (2016)
O processo sol-gel é um dos métodos de síntese para obtenção de materiais a baixas temperaturas, com propriedades específicas e alta pureza. Especificamente, é baseado em reações de polimerização e uso de precursores alcóxidos dissolvidos em solventes orgânicos. O método pode ser usado para obtenção de sistemas com grande potencial em aplicações fotônicas. Entre os principais ativadores lasers, destacam-se os íons lantanídeos, os quais podem ser usados como dopantes em materiais vítreos. Desta forma, este trabalho teve como objetivo, desenvolver monólitos vítreos silicoaluminosos puro e dopados com íons de neodímio, érbio e hólmio pelo processo sol-gel, via catálise ácida. As proporções molares do tetraetilortosilicato (TEOS) : etanol absoluto : água deionizada : acetato de alumínio:ácido nítrico foram 1 : 2 : 2 : 0,03 : 0,05 mol, respectivamente. Para todos os monólitos foram utilizadas as mesmas proporções, diferenciando apenas os percentuais dos íons lantanídeos (0,5%; 1%; 2%; 4%; 5% e 10%) e o tipo da solução (A ou B). A solução A foi obtida dissolvendo o óxido do lantanídeo em ácido clorídrico (HCl), a qual foi realizada retrolavagem com água deionizada e etanol, já para a solução B não foi aplicado o processo de retrolavagem, apenas dissolveu-se os óxidos em ácido clorídrico e etanol. Para a obtenção dos monólitos, foram adicionados as soluções precursoras em um Erlenmeyer e o sistema foi mantido a 60°C sob agitação por 2 horas. Para o controle do tempo de secagem, os recipientes (moldes + mistura) foram pesados e monitorados durante 50 dias. Após o tempo de secagem, os monólitos foram submetidos a tratamento térmico a 250°C por uma hora. Os monólitos foram caracterizados por Termogravimetria (TG), Análise Térmica Diferencial (DTA), Difração de raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microdureza Vickers (HV), Espectroscopia Vibracional de Absorção na Região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Espectroscopia de Absorção Eletrônica na Região do UV-visível (UV-VIS) e Espectroscopia de Luminescência (EL). O processo sol-gel demonstrou ser eficaz na obtenção dos monólitos puro e dopados com neodímio, érbio e hólmio em diferentes percentuais. O tempo mínimo e máximo de secagem foram 17 e 25 dias, respectivamente. Pelas curvas TG/DTG, verificou-se que a estabilidade térmica dos monólitos diminuiu com o aumento do percentual do íon lantanídeo, verificado pela elevação da perda de massa total, atribuído a maior desordem no sistema. Pela técnica de DRX, foram observadas bandas com intensidade máxima próximas a 23°(2θ), características de materiais amorfos. Pelo FTIR, observou-se um deslocamento de banda em aproximadamente 950 cm-1, atribuído à dopagem do íon lantanídeo. Verificou-se pelos espectros UV-VIS picos máximos em torno de 574, 376 e 450 nm, correspondendo às transições dos íons de neodímio, érbio e hólmio, respectivamente. A partir da espectroscopia de luminescência dos monólitos vítreos dopados com neodímio, verificou-se emissões referentes às transições 4F3/2 → 4 I11/2 e 4F3/2 → 4 I13/2, em 1060 e 1340 nm, respectivamente. Para os dopados com érbio, observou-se emissão referente à transição 4 I13/2 → 4I15/2, em 1520 nm. As intensidades das emissões foram maiores para os monólitos dopados com íon de neodímio a partir da solução B do íon lantanídeo, com maior intensidade para o dopado com 2% (2%Nd3+[B]25). Assim, os monólitos vítreos dopados com íons lantanídeos possui grande potencial para aplicações em dispositivos fotônicos, como meio ativo para lasers de estado sólido.