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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/50283| ORCID: | http://orcid.org/0000-0002-9678-7287 |
| Document type: | Dissertação |
| Access type: | Acesso Aberto |
| Title: | Termometria óptica em vidros fosfatos dopados com Sm3+ e Ho3+: transferência de energia e modelo LIR de múltiplos processos |
| Alternate title (s): | Optical thermometry in Sm³⁺- and Ho³⁺-doped phosphate glasses: energy transfer and multi-process LIR model |
| Author: | Coutinho, Alan de Oliveira |
| First Advisor: | Almeida, Gustavo Foresto Brito de |
| First member of the Committee: | Andrade, Acácio Aparecido de Castro |
| Second member of the Committee: | Silva Filho, José Carlos da |
| Summary: | Neste trabalho foram investigadas as propriedades espectroscópicas e termo-ópticas de vidros fosfatos do sistema PAN10K (40P2O5−15Al2O3−35Na2O−10K2O) dopados com íons Sm3+ e co-dopados com Ho3+, com ênfase na compreensão dos mecanismos de transferência de energia e sua aplicação em termometria óptica. As amostras foram obtidas pelo método de fusão e caracterizadas por espectroscopia de absorção óptica, fotoluminescência e tempo de vida em função da temperatura e por espectroscopia Raman. Os espectros de absorção evidenciaram a incorporação e ciente dos íons terras-rara na matriz vítrea, enquanto os espectros Raman permitiram correlacionar a estrutura da rede fosfato com os processos ópticos observados. A análise das emissões do Sm3+ revelou a influência da concentração de dopantes sobre os fenômenos de quenching por concentração e sobre a dinâmica dos processos radiativos e não radiativos. Nas amostras dopadas com Sm3+ e co-dopadas com Ho3+, observou-se que o íon Ho3+ atua como modulador da estrutura de níveis eletrônicos do Sm3+, favorecendo mecanismos de transferência de energia e alterando a resposta térmica do sistema. A dependência da intensidade luminescente com a temperatura foi descrita pelo modelo de Arrhenius modificado, envolvendo múltiplos processos ativados termicamente, permitindo a obtenção de energias de ativação associa das aos mecanismos de desativação não radiativa e ativação radiativa. Com base nesses resultados, foi desenvolvido um modelo multiprocessos de termometria óptica fundamentado na razão entre intensidades luminescentes (LIR), capaz de descrever adequadamente a resposta térmica das amostras em diferentes condições de dopagem. A amostra contendo 0.5% de Sm3+ e 3% de Ho3+ apresentou a maior sensitividade relativa, atingindo 1.90%K−1 em 300 K. Os resultados obtidos evidenciam que a resposta termométrica de sistemas co-dopados não pode ser descrita exclusivamente pelo modelo simplificado de populações térmicas acopladas, uma vez que os processos de transferência de energia e relaxação não radiativa podem desempenhar papel relevante na dinâmica populacional dos níveis emissores. Dessa forma, este trabalho contribui para uma compreensão mais abrangente dos mecanismos físicos envolvidos na termometria óptica baseada em luminescência. |
| Abstract: | This study investigated the spectroscopic and thermo-optical properties of phosphate glas ses belonging to the PAN10K system (40P2O5−15Al2O3−35Na2O−10K2O), doped with Sm3+ ions and co-doped with Ho3+, with a focus on understanding energy transfer mecha nisms and their application in optical thermometry. The samples were prepared via the melt-quenching method and characterized using optical absorption spectroscopy, pho toluminescence (including temperature-dependent lifetime measurements), and Raman spectroscopy. Absorption spectra demonstrated the e cient incorporation of rare-earth ions into the glass matrix, while Raman spectra allowed for correlating the phosphate network structure with the observed optical processes. Analysis of Sm3+ emissions revea led the inuence of dopant concentration on concentration quenching phenomena and on the dynamics of radiative and non-radiative processes. In samples doped with Sm3+ and co-doped with Ho3+, the Ho3+ ion was observed to modulate the Sm3+ electronic energy level structure, thereby facilitating energy transfer mechanisms and altering the system’s thermal response. The temperature dependence of luminescence intensity was descri bed using a modi ed Arrhenius model involving multiple thermally activated processes, enabling the determination of activation energies associated with non-radiative deactiva tion and radiative activation mechanisms. Based on these results, a multi-process optical thermometry model grounded in the luminescence intensity ratio (LIR) was developed; this model is capable of accurately describing the thermal response of the samples under various doping conditions. The sample containing 0.5% Sm3+ and 3% Ho3+ exhibited the highest relative sensitivity, reaching 1.90% K−1 at 300 K. The results demonstrate that the thermometric response of co-doped systems cannot be described exclusively by the simpli ed model of coupled thermal populations, since energy transfer and non-radiative relaxation processes can play a signi cant role in the population dynamics of the emitting levels. Thus, this work contributes to a more comprehensive understanding of the physical mechanisms involved in luminescence-based optical thermometry. |
| Keywords: | termometria óptica Optical thermometry vidros fosfatos Sm3+ Ho3+ transferência de energia Arrhenius modificado quenching térmico LIR phosphate glasses energy transfer modified Arrhenius thermal quenching |
| Area (s) of CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::PROPRIEDADES TERMICAS DA MATERIA CONDENSADA |
| Subject: | Física Vidro - Fosfatos Fotoluminescência |
| Country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Program: | Programa de Pós-graduação em Física |
| Quote: | COUTINHO, Alan de Oliveira. Termometria óptica em vidros fosfatos dopados com Sm3+ e Ho3+: transferência de energia e modelo LIR de múltiplos processos. 2026. 119 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.11015 |
| Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.11015 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/50283 |
| Date of defense: | 27-Jul-2026 |
| Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação. |
| Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Física |
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