Estanatos de terras raras luminescentes: síntese, caracterização e aplicações em fotônica - Guidorzi, Maria Vitória (2024)
Este trabalho tem como foco principal a síntese, a caracterização estrutural e o estudo das propriedades espectroscópicas de nanomateriais luminescentes de estanatos de ítrio dopados com íons terras raras (TR3+) visando suas aplicações em áreas da Óptica, Fotônica e Biofotônica. Os materiais foram sintetizados por co-precipitação e tendo suas propriedades estruturais e ópticas caracterizadas em função de sua composição, dopagem e temperatura de tratamento térmico, tendo suas propriedades estruturais avaliadas por meio de técnicas como difração de Raios X, espectroscopia vibracional de absorção no infravermelho e espectroscopia Raman. Adicionalmente, foram investigadas medidas estáticas e dinâmicas de luminescência dos íons TR3+, elucidando não apenas as propriedades ópticas em função da estrutura cristalina, mas principalmente a distribuição dos íons opticamente ativos. As fases cristalinas formadas para as diferentes amostras foram a fase Y2Sn2O7, com estrutura pirocloro, e a fase SnO2, com estrutura cassiterita, sendo suas formações dependentes da concentração dos íons TR3+ presentes nas amostras, bem como a temperatura de tratamento térmico. A estabilização da fase cristalina pirocloro Y2Sn2O7 foi confirmada por espectroscopia Raman. Os espectros de emissão de Eu3+ foram obtidos sob excitação em diferentes comprimentos de onda, na banda de transferência de carga (CT) (~260 nm), e nas transições eletrônicas 7F0 → 5L6, (394nm) 7F0 → 5D2 (464nm) e 7F0 → 5D1 (525nm), onde as transições 5D0→7FJ (J = 0, 1, 2, 3 e 4) puderam ser observadas. Os espectros de emissão evidenciaram a presença de íons Eu3+ em um sítio de alta simetria centrossimétrico, D3d, confirmando sua incorporação na matriz Y2Sn2O7 substituindo sítios ocupados pelos íons Y3+. Para os íons Eu3+ na estrutura pirocloro, os valores medidos de tempo de vida do estado excitado 5D0 excederam 5 ms dependendo do comprimento de onda. As amostras exibiram potencial de excitação na região verde (525 nm) e um longo tempo de vida no estado excitado 5D0 à medida que o pirocloro é estabilizado. Para as amostras co-dopadas com íons Er3+ e Yb3+, os espectros de emissão foram obtidos sob excitação a 980 nm e atribuídos às transições eletrônicas 4 I11/2→4 I15/2 dos íons Er3+ ou 2F5/2→2F7/2 dos íons Yb3+. Os valores de tempo de vida do estado excitado 4 I13/2 (Er3+) para as amostras tratadas a 1300 °C foram superiores a 20 ms. Observou-se luminescência na região do visível, decorrente dos processos de conversão ascendente sob excitação em 980 e 1550 nm. A fase cristalina pirocloro de Y2Sn2O7 co-dopadas com íons Er3+ e Yb3+ revelou excelente desempenho como termômetro primário. Os longos tempos de vida observados nestas amostras, somado à possibilidade de excitação no visível e infravermelho, sugerem que esses materiais podem ser utilizados para análises resolvidas no tempo, incluindo técnicas de bioimageamento ou biossensoriamento.