Luminescência em cristais de HfO2: síntese, efeito do tratamento térmico, defeitos relacionados, e sua aplicação em dosimetria de radiação ionizante.

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Soares, Alvaro de Farias
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Dosimetria; Electron spin resonance; Hafnia; Infrared-stimulated luminescence; Luminescência; Non-linear optics; Óptica não linear; Thermoluminescence
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-03012024-085806/

Como uma consequência do uso da radiação, medidas de controle e proteção foram estabelecidas para evitar que humanos e o ambiente sofram com seus efeitos danosos. Nesse sentido, diferentes tipos de materiais são usados para mensurar doses de radiação, como é o caso dos dosímetros. Dosímetros luminescentes baseados em termoluminescência (TL) e luminescência opticamente estimulada (LOE) têm sido investigados desde a metade do século 19, e atualmente, detectores comerciais estão disponíveis. Essas técnicas permitem-nos efetivamente estudar propriedades de materiais, elucidando as características da emissão e os mecanismos relacionados, e fazendo parte na caracterização. Nesse escopo, o óxido de háfnio (HfO2), que tem sido amplamente estudado em eletrônica, tem sido pouco estudado quanto à sua luminescência, com poucos relatos de sua emissão TL. Portanto, este estudo objetivou fazer uma investigação mais detalhada das características luminescentes do HfO2, a influência do tratamento térmico, bem como o potencial de aplicação como um dosímetro de radiação ionizante. Para isso, amostras foram sintetizadas pelo método de precipitação seguido por diferentes tratamentos térmicos em 1000, 1200, 1400 e 1600 °C por 2 horas. A estrutura cristalina foi avaliada por difração de raio-X, enquanto a luminescência foi analisada pelas emissões fluorescente, TL e LOE. Além disso, ressonância de spin eletrônico (RSE) foi realizada para identificar quais defeitos pontuais cumprem papel nesses fenômenos. Resultados demonstraram que os nanocristais de HfO2 foram produzidos com sucesso em fase monoclínica, com tamanhos de cristalito de até 41 nm os quais cresceram com a temperatura do tratamento térmico. As curvas TL são compostas de diversos picos, indicando a presença de diferentes armadilhas de elétrons, sendo o mais proeminente em aproximadamente 130 °C. Análises TM-Tstop e deconvolução demonstraram que os picos têm energia de ativação de até 1,6 eV, que o tratamento térmico levou a uma melhor intensidade TL e beneficiou a criação de armadilhas profundas. Similarmente, o sinal LOE foi intensificado pelo tratamento térmico, tendo duas componentes quando usado estimulação contínua e dois picos para estimulação linearmente modulada, quando usada estimulação no azul. Medidas espectrais indicaram que o material tem uma intensa banda de emissão na região do azul que pode variar de 2,44 até 2,71 eV, dependendo da técnica. Essa característica emissão no azul é principalmente associada com vacâncias de oxigênio do tipo V+, a qual foi aumentada devido ao tratamento térmico e atestada pelo sinal RSE (valores de g de 1,898, 1,957 e 1,985). O mecanismo no qual a LOE ocorre poderia estar relaciono com um processo de óptica não linear de absorção de dois ou três fótons. A amostra calcinada em 1600 °C teve a melhor resposta luminescente e a avaliação das suas propriedades dosimétricas para LOE com estimulação no infravermelho confirmaram o potencial de uso como um detector de radiações, devido a boa reprodutibilidade (variação menor que 3 %), sinal intenso e resposta linear à dose. Adicionalmente, para o melhor do conhecimento do autor, este é a primeira descrição de LOE com estímulo infravermelho para o material, assim como a correlação entre sua luminescência com os centros RSE.