Síntese, caracterização e propriedades fotofísicas de nanopartículas hierarquicamente estruturadas de tetrafluoreto de ítrio(III) e sódio co-dopados com európio(III) e gadolínio(III) [recurso eletrônico]
Isabela Moreira Soares Diogenis
DISSERTAÇÃO
Português
T/UNICAMP D621s
[Synthesis, characterization and photophysical properties of hierarchically structured nanoparticles of yttrium(III) and sodium tetrafluorides co-doped with europium europium(III) and gadolinium(III)]
Campinas, SP : [s.n.], 2018.
1 recurso online (103 p.) : il., digital, arquivo PDF.
Orientador: Fernando Aparecido Sigoli
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química
Resumo: Tetrafluoretos de terras raras e sódio normalmente apresentam alta transparência nas regiões UV-Vis-NIR, alto índice de refração, baixa energia de fônon de rede, alta estabilidade térmica e química, baixa toxicidade entre outras propriedades que os tornam excelentes matrizes para sistemas...
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Resumo: Tetrafluoretos de terras raras e sódio normalmente apresentam alta transparência nas regiões UV-Vis-NIR, alto índice de refração, baixa energia de fônon de rede, alta estabilidade térmica e química, baixa toxicidade entre outras propriedades que os tornam excelentes matrizes para sistemas luminescentes contendo íons lantanídeos trivalentes (Ln3+). Dentre os tetrafluoretos, o NaYF4, na fase cristalina hexagonal (ß) e morfologia de partícula esférica, é considerado uma das matrizes mais eficientes e tem sido intensamente estudado. No entanto, o número de artigos relacionados aos mecanismos físicos responsáveis pela excitação e relaxação dessa matriz de forma detalhada é baixo. Sabendo-se que eficiência quântica de emissão dessa matriz co-dopada com Eu3+ e Gd3+ ultrapassam 100%, este trabalho teve como objetivo a investigação dos possíveis mecanismos fotofísicos que possam explicar tais valores de eficiência. A estratégia utilizada foi de sintetizar nanopartículas variando-se a concentração de dopagem do íon Eu3+ entre 0,1 a 5,0 mol%, mantendo a concentração do íon Gd3+ em 30 mol%. Dentro dessa estratégia experimental foram preparados 12 sistemas caroço@casca e estudar os mecanismos de transferências de energia entre os íons trivalentes Gd-Eu e Eu-Eu. As amostras foram caracterizadas por Difração de Raios X (XRD), Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) e Espectroscopia de Luminescência (LS). Os dados de XRD indicam que a fase hexagonal foi majoritariamente obtida. As imagens de microscopia mostram que as nanopartículas possuem morfologia esferoidal e distribuição média de tamanhos entre 13 a 31nm. Os espectros de LS sob excitação do Gd3+ (272 nm) ou do Eu3+ (394 nm) exibem as linhas de emissão típicas do íon Eu3+. As curvas de população e de decaimento de emissão do nível 5D0 (5D0 - 7F2) do Eu3+ apresentam um tempo de população de 2 a 4 ms e tempo de emissão de 7 a 11 ms. Analisando-se a composição dos sistemas foi verificado que com a diminuição da concentração do íon Eu3+ nas amostras, a razão das transições 5D1 - 7Fj / 5D0 - 7F1 nos espectros de luminescência aumentam, enquanto que os tempos de população do nível 5D0 ficaram mais longos. Tais dados indicam que os valores da eficiência quântica de 160 a 230% estão relacionados com o tempo de população do nível 5D0 através da relaxação dos níveis 5D1 que é lenta devido à baixa energia de fônon de rede
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Abstract: Rare earth and sodium tetrafluorides usually exhibit high transparency in the UV-Vis-NIR range, low phonon energy, high thermal and chemical stability, low toxicity among other properties that make them excellent host lattices for luminescent systems containing trivalent lanthanide ions...
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Abstract: Rare earth and sodium tetrafluorides usually exhibit high transparency in the UV-Vis-NIR range, low phonon energy, high thermal and chemical stability, low toxicity among other properties that make them excellent host lattices for luminescent systems containing trivalent lanthanide ions (Ln3 +). Among the tetrafluorides, NaYF4, in the hexagonal crystalline phase (ß) and spherical particle morphology, is considered one of the most efficient host lattices and has been widely studied. However, there are only a few papers related to the physical mechanisms responsible for excitation and relaxation of this host. Since the quantum efficiency of this host co-doped with Eu3 + and Gd3 + is greater than 100%, in this study, the possible photophysical mechanisms that may explain such efficiency values were investigated. The strategy used was to synthesize nanoparticles with doping concentrations of Eu3 + from 0.5 to 20.0 mol%, while maintaining the concentration of 30 mol% Gd3 +. Furthermore, sixteen core@shell systems were prepared and the mechanisms of energy transfer between trivalent Gd-Eu and Eu-Eu ions were studied. The samples were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Transmission Electron Microscopy (TEM) and Luminescence Spectroscopy (LS). The XRD data indicate that the hexagonal phase was mostly obtained. The microscopy images show that the nanoparticles have spheroidal morphology and distribution of sizes among 14 and 28 nm. The LS spectra under excitation of Gd3 + (272 nm) or Eu3 + (394 nm) exhibit the typical emission lines of Eu3 +. The emission decay curves of the 5D0 (5D0 - 7F2) level of Eu3 + present a rise time of 2 to 4 ms and an emission lifetime of 7 to 11 ms. It was verified that with the decrease of the Eu3 + concentration in the samples, the ratio of the transitions 5D1 - 7FJ / 5D0 - 7F1 in the luminescence spectra increased and the 5D0 emission lifetimes were longer. These results show that the quantum efficiency values of 160 to 230% are related to the rise time of the 5D0 level through the multiphonon relaxation of the 5D1 levels, which is slow due to the low phonon energy of the host lattice
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Síntese, caracterização e propriedades fotofísicas de nanopartículas hierarquicamente estruturadas de tetrafluoreto de ítrio(III) e sódio co-dopados com európio(III) e gadolínio(III) [recurso eletrônico]
Isabela Moreira Soares Diogenis
Síntese, caracterização e propriedades fotofísicas de nanopartículas hierarquicamente estruturadas de tetrafluoreto de ítrio(III) e sódio co-dopados com európio(III) e gadolínio(III) [recurso eletrônico]
Isabela Moreira Soares Diogenis