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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-6976-690X
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Avaliação das propriedades fotônicas do material fotoluminescente à base de SiO2 e Gd2O3 triplamente-dopado com Er3+/Yb3+/Eu3+ para conversão de energia
Alternate title (s): Evaluation of photonic properties of photolinescent material based on Er3+/Yb3+/Eu3+ tri doped SiO2 and Gd2O3 for energy conversion
Author: Rezende, Thaís Karine de Lima
First Advisor: Ferrari, Jefferson Luis
First coorientator: Lima, Renata Cristina de
First member of the Committee: Nossol, Edson
Second member of the Committee: Adati, Renata Danielle
Summary: Neste trabalho foram realizadas a preparação, caracterização estrutural e espectroscópica dos materiais SiO2-Gd2O3:Er3+/Yb3+/Eu3+. Os materiais foram obtidos pelo método sol-gel sucedido de tratamento térmico a 900 °C/8 h. Os dados de DRX e refinamento de Rietveld indicaram a formação da estrutura cúbica do Gd2O3 com grupo espacial Ia3 (206), sendo que o material não dopado apresentou também a formação de 8,24% da fase monoclínica (C2/m). Os resultados de espectroscopia de infravermelho confirmaram a formação do SiO2 e Gd2O3 bem como a presença dos dopantes na matriz. A análise de MEV indicou a morfologia em que partículas de Gd2O3 são formadas dentro do SiO2. Nos espectros de EDX foram observadas bandas atribuídas à Si, Gd, O, além de Er, Yb e Eu, confirmando a presença dos dopantes nos materiais. Os espectros de excitação apresentaram perfis semelhantes, com bandas relacionadas às transições 8S7/2 → 6DJ e 8S7/2 → 6IJ do íon Gd3+, intraconfiguracionais 4f–4f do íon Eu3+ e 4I15/2 → 4F7/2 do íon Er3+, além da banda de transferência de carga O2-(2p) → Eu3+(4f6). No processo de downconversion, foram observadas bandas designadas às transições 5D0 → 7FJ (J: 0 – 4) do íon Eu3+, 2H11/2 → 4I15/2, 4S3/2 → 4I15/2 e 4F9/2 → 4I15/2 do íon Er3+. Foram obtidos os tempos de vida do estado excitado 5D0. O maior valor de tempo de vida, 2,987 ms para o material SGEYE1, sugere que o material triplamente dopado com Er3+, Yb3+ e 1,0 % em mol de Eu3+ é a concentração ideal de Eu3+. No processo de upconversion, em todos os espectros foram observadas bandas atribuidas às transições 2H11/2 → 4I15/2, 4S3/2 → 4I15/2 e 4F9/2 → 4I15/2 do íon Er3+. Com base nos melhores resultados de fotoluminescência, o material SGEYE1 foi submetido à espectroscopia de luminescência sob excitação simultânea em 247,50 e 980,00 nm. Observou-se os processos de downconversion e upconversion simultaneamente devido ao aparecimento de bandas de emissão relacionadas com as transições 5D0 → 7FJ (J: 0 – 4) do íon Eu3+, e 2H11/2 → 4I15/2, 4S3/2 → 4I15/2 e 4F9/2 → 4I15/2 do íon Er3+.
Abstract: This work reports the preparation, structural and spectroscopic characterization of the SiO2-Gd2O3:Er3+/Yb3+/Eu3+ materials. The materials were successfully obtained by the sol-gel method after heat treatment at 900 °C/ 8 h. The XRD and Rietveld refinement data indicated the formation of the cubic structure of Gd2O3 with spatial group Ia3 (206); the undoped sample also showed the formation of 8.24% of the monoclinic phase (C2/m). Infrared spectroscopy results confirmed the formation of SiO2 and Gd2O3 as well as the presence of dopants in the matrix. SEM micrographs indicated a system in which Gd2O3 are dispersed in SiO2. The EDS analysis showed peaks related to Si, Gd, O, in addition to Er, Yb and Eu, confirming the doping. The excitation spectra showed similar profiles, with bands assigned to transitions 8S7/2 → 6DJ and 8S7/2 → 6IJ of the Gd3+ ion, intraconfigurational 4f – 4f 5D0 → 7FJ (J: 0 – 4) of Eu3+ transitions and 4I15/2 → 4F7/2 of Er3+ ion, in addition to the O2-(2p) → Eu3+(4f6) charge transfer band. In the downconversion process, bands related to the transitions 5D0 → 7FJ (J: 0 – 4) of the Eu3+ ion, 2H11/2 → 4I15/2, 4S3/2 → 4I15/2 and 4F9/2 → 4I15/2 (Er3+) were observed. The 5D0 excited state lifetimes were calculated for all samples at different excitation wavelengths. The material SGEYE1 presented the highest lifetime value of 2.987 ms, suggesting that the tri-doped with Er3+, Yb3+ and 1.0 mol% of Eu3+ sample is the best concentration of Eu3+ for the SiO2-Gd2O3 system. In the upconversion process, bands were observed in all spectra related to 2H11/2 → 4I15/2, 4S3/2 → 4I15/2 and 4F9/2 → 4I15/2 transitions of Er3+ ion. Based on the best results of downconversion and upconversion, the SGEYE1 material was subjected to luminescence spectroscopy under simultaneous excitation at 247.50 and 980.00 nm. Both DC and UC phenomena were noted simultaneously with the presence of emission bands related to 5D0 → 7FJ (J: 0 – 4) transitions of Eu3+ ion, and 2H11/2 → 4I15/2, 4S3/2 → 4I15/2 and 4F9/2 → 4I15/2 transitions of Er3+ ion.
Keywords: Fotoluminescência
Terras Raras
Upconversion
Downconversion
Excitação dupla UV/IV
Photoluminescence
Rare Earths
Double UV/IR excitation
Química
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Quote: REZENDE, Thaís Karine de Lima. Avaliação das propriedades fotônicas do material fotoluminescente à base de SiO2 e Gd2O3 triplamente-dopado com Er3+/Yb3+/Eu3+ para conversão de energia. 2021. 128 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. Disponível em: https://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.301
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.301
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/32509
Date of defense: 9-Jul-2021
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