???item.export.label??? ???item.export.type.endnote??? ???item.export.type.bibtex???

Please use this identifier to cite or link to this item: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/2052
Tipo do documento: Tese
Título: Development of Magnetic-Luminescent Bifunctional Nanomaterials and Their Application in Radiation Detection
Título(s) alternativo(s): Desenvolvimento de Nanomateriais Bifuncionais Magnéticos-Luminescentes e sua Aplicação na Detecção de Radiação
Autor: SHRIVASTAVA, Navadeep 
Primeiro orientador: SHARMA, Surender Kumar
Primeiro membro da banca: SILVA, Carlos Jacinto da
Segundo membro da banca: COAQUIRA, Jose Antonio H.
Terceiro membro da banca: MENEZES, Alan Silva de
Quarto membro da banca: ALMEIDA, Marcio Aurelio P.
Resumo: Nanomateriais bifuncionais exibem propriedades fisico-químicas potencialmente promissoras que podem revolucionar e transformar o panorama da indústria bioclínica e da próxima geração de dispositivos avançados. Em particular, as nanopartículas coloidais têm sido amplamente investigadas como sondas em indústrias biomédicas e também como dispositivos devido às suas propriedades eletrônicas, ópticas e magnéticas dependentes do tamanho único entre todos as possíveis unidades básicas dos materiais bifuncionais. As nanopartículas de óxido de ferro superparamágneticas abrem uma nova via para o desenvolvimento e aplicação de tecnologias fotônicas, como novos dispositivos opticos e pesquisas bioclínicas, acoplando materiais fluorescentes, especialmente íons de terras raras. Os nanomateriais de terras raras, que apresentam níveis de energia intermediários de longa duração e transições intraconfiguracionais 4f-4f, são materiais promissores para a conversão de fótons em uma ampla gama de matrizes de fluoreto que cobrem a região entre o ultra violeta e o infra-vermelho e são preferidos em relação a outros materiais fluorescentes devido ao grande deslocamento Stokes, acentuado espectro de emissão, longo tempo de vida, emissão multi-fotônica e processos de excitação/emissão de conversão para os modos ascendentes/descendentes. Devido as propriedades magnéticas e opticas incomuns associadas aos elétrons 4f, os elementos terras raras são muito adequados para a criação de materiais bifuncionais em nanoescala, empregando as propriedades únicas magnéticas e de luminescência por modos ascendentes/descendentes integradas em uma única partícula, dependendo da escolha apropriada da partícula matriz e dos dopantes.Neste trabalho, discutimos (i) a bifuncionalidade do nanomaterials fotônicos ajustados e dopados com multicores com base em LaF3:Ce3+,Gd3+,Eu2/3+ preparados pela síntese de polióis; (ii) materiais nanocompósitos triplamente dopados de óxido-de-ferro/ZnS@LaF3:Ce3+,Gd3+,Tb3+ bifuncionais que emitem na cor verde com eficiente funcionalidade optica e magnética, obtidos usando o método de co-precipitação; (iii) materiais magneto-opticos dopados binários na forma de nanopartículas de β-NaGdF4:RE3+ e óxido-de- ferro/SiO2/NaGdF4:RE3+ (RE = Ce, Eu, e Yb, Er) que emtem no verde e vermelho nos modos ascendente e descendente utilizando micro-ondas assistida por termólise (iv) detecção cintilante por radiação de nêutrons para nanopartículas coloidais de LaF3:Ce3+,Gd3+,Eu2/3+. Os materiais preparados foram caracterizados estruturalmente usando difração de Raios-X, técnicas de microscopia de eletrônica de transmissão e espectroscopia de transformada de Fourier no infravermelho (FTIR). As investigações de excitação/ e emissão (fotoluminescência), a análise de degradação do tempo de vida do nível de emissão e o mecanismo de transferência de energia proposto para diferentes nanomateriais foram realizados e resultaram em características opticas interessantes devido a transições f-f (Eu3+, Tb3+ , Er3+) e f-d (Ce3+, Eu2+) de íons de terras raras. Além disso, as características magnéticas foram avaliadas e os materiais que contêm óxido de ferro como parte da nano-unicidade apresentaram natureza superparamégnetica, enquanto que LaF3: RE3+ e NaGdF4: RE 3+ mostraram características típicas paramagnéticas à temperatura ambiente. Adicionalmente, as nanopartículas coloidais LaF3:Ce3+,Gd3+,Eu2/3+ provaram ser nanoscintiladores eficientes para detecção de nêutrons, sob irradiação de fonte de 241AmBe. O resultado motiva a testar outros nanomateriais sob irradiação de alta energia e a posterior elaboração de nanoscintiladores comerciais. As fortes características opticas e magnéticas (excitação de Raios-X, Raios-γ e Laser), dispositivos moleculares magnéticos de conversão de luz e detecção inteligente de campo magnético e de campo de radiação.
Abstract: Bifunctional nanomaterials have exhibited potentially promising physico-chemical properties which can revolutionize and transform the landscape from bioclinical industry to next generation advance devices. In particular, colloidal nanoparticles have been extensively investigated as probes in biomedical and devices industries due to their unique size dependent electronic, optical, and magnetic properties amongst all possible building blocks of bifunctional materials. Superparamagentic ironoxide nanoparticles open up a new avenue to the development and application of photonic technologies such as novel optical devices and bioclinical research by coupling with fluorescent materials especialy rare eath ions. Rare earth nanomaterials, which feature long lived intermediate energy levels and intraconfigurational 4f-4f transitions, are promising supporters for photon conversion in a wide range of fluoride hosts covering UV to IR region and are preferred over other fluorescent materials due to their large stokes shift, sharp emission spectra, long lifetime, multiphoton and up/downconversion excitation-emission preocesses. Owing to the unusual magnetic and optical properties associated with f-electrons, rare-earth elements are very suitable for creating bifunctional materials themselves at platform of nanoscale by employing the unique magnetic and up/downconversion luminescence properties integrated within single particles upon proper choices of particle matrix and dopants. In the present thesis, we have discussed (i) bifunctionality of triply doped multicolor tuned photonic nanomaterials based on LaF3:Ce3+ ,Gd3+,Eu2/3+ prepared by polyol synthesis; (ii) green emitting triply doped bifunctional iron-oxide/ZnS@LaF3:Ce3+,Gd3+,Tb3+ nanocomposites with efficient optical and magnetic functionality, obtained using co-precipitation method; (iii) red/green emitting binary doped optical-magnetic up/downconverting β-NaGdF4:RE3+ and iron-oxide/SiO2/NaGdF4:RE3+ (RE= Ce, Eu; Yb, Er) nanoparticles using microwave assisted thermolysis; and (iv) scintillating response due to neutrons for colloidal nanoparticles of LaF3:Ce3+ ,Gd3+,Eu2/3+. The prepared materials have been well characterized structurally using powder x-ray diffraction, transmission elecron microscopy techniques and Fourier transform infrared spectroscopy. The excitation/emission (photoluminescence) investigations, time decay analysis of emitting level, and proposed energy transfer mechanism for different nanomaterials have been carried out and result in exciting optical characteristics due to f-f transition (Eu3+, Tb3+, Er3+) and f-d transitions (Ce3+, Eu2+) of rare earth ions. Furthermore, the magnetic characteristics of the materials were evaluated and materials containing iron-oxide as part of nanoentity displayed superparamgnetic nature whereas LaF3:RE3+ and NaGdF4:RE3+ showed their typical paramagnetic characteritcs at room temperature. Additionally, colloidal LaF3:Ce3+,Gd3+,Eu2/3+ nanoparticles proved to be efficient nanoscintillators for neutron detection, under irraditon of 241AmBe source. The result encouraged to test other nanomaterials under high energy irradiation and to further design of commercial nanoscintillators. The intense optical and sufficient magnetic peculiarities of the mentioned materials are probably quite appealing for magnetic-optical imaging (X-ray/γ-ray or NIR-Laser excitation), magnetic light-converting molecular devices and smart magnetic and radiationfield detection.
Palavras-chave: Materiais bifuncionais
NaGdF4
LaF3
Nanopartículas de óxido de ferro superparamagnéticas
Fotoluminescência
Conversão ascendente/descendente
Materiais inorgânicos de terras raras
Cintilação
Bifunctional materials
Superparamagnetic iron-oxide nanoparticles
Photoluminescence
Up/downconversion
Inorganic rare earth materials
Scintillation
Área(s) do CNPq: Física da Matéria Condensada
Idioma: eng
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: DEPARTAMENTO DE FÍSICA/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA/CCET
Citação: SHRIVASTAVA, Navadeep. Development of Magnetic-Luminescent Bifunctional Nanomaterials and Their Application in Radiation Detection. 2017. 173 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2017.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/2052
Data de defesa: 12-Jan-2017
Appears in Collections:TESE DE DOUTORADO - PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FISICA

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
NavadeepShrivastava.pdfTese11,43 MBAdobe PDFDownload/Open Preview


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.