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Tipo do documento: Dissertação
Título: Estudo das propriedades estruturais, ópticas e luminescentes de vidros Cálcio Boro-aluminato dopados com Ce3+ para dispositivos emissores de luz sintonizável
Título(s) alternativo(s): Study of the structural, optical and luminescent properties of Calcium glasses Ce3+ doped boron-aluminate for tunable light-emitting devices
Autor: SILVA NETO, Otávio Cândido da 
Primeiro orientador: STEIMACHER, Alysson
Primeiro coorientador: PEDROCHI, Franciana
Primeiro membro da banca: STEIMACHER, Alysson
Segundo membro da banca: BARBOZA, Márcio José
Terceiro membro da banca: MUNIZ, Robson Ferrari
Resumo: Vidros dopados com terras-raras têm sido extensivamente estudados devido às variadas aplicações em dispositivos ópticos e optoeletrônicos. Este trabalho apresenta o estudo de vidros cálcio boro-aluminato dopados com CeO2, utilizando carbono (grafite) no preparo das amostras para a redução do estado iônico Ce4+ para Ce3+. As amostras com a composição de (30,97-x)CaO-49,90B2O3-10,22Al2O3-8,90CaF2-xCeO2, variando x de 0,25 a 1,25 %mol, foram sintetizadas utilizando o método de fusão-resfriamento em fornos de atmosfera a ar. Os resultados de difração de raios-X comprovaram a natureza amorfa das amostras. O aumento da densidade e a diminuição do volume molar com o aumento da concentração de CeO2 indicaram mudanças nas unidades estruturais do vidro. A espectroscopia do infravermelho com transformada de Fourier mostrou bandas características dos vidros cálcio boro-aluminato e comprovam a conversão das unidades de BO3 para BO4 com o aumento da concentração CeO2. Na análise térmica diferencial observou-se um aumento da temperatura de transição vítrea (Tg) e diminuição da temperatura de cristalização (Tx) com o aumento da concentração de dopante. Os espectros de absorção apresentaram uma banda intensa e larga atribuída à transferência de carga do íon Ce4+, com uma mudança da borda de absorção em direção a comprimentos de onda maiores e, consequentemente, a diminuição do band gap com o aumento da concentração de CeO2. Os espectros de excitação mostraram que os vidros CaBAl dopados com cério podem ser excitados numa ampla faixa do ultravioleta, com a melhor excitação em 320 nm. Os espectros de emissão mostram a eficiência do carbono na redução do cério. A luminescência das amostras ocorre por transições dos níveis 2D → 2F5/2, 2F7/2 nos íons Ce3+. A maior intensidade da emissão quando as amostras foram excitadas em 320 nm foi para a concentração de 0,25 %mol de CeO2. As amostram excitadas em 405 nm tiveram a concentração de 1,00 %mol com maior intensidade de emissão. Os diferentes comportamentos nas emissões a partir de excitações diferentes indicam que os íons Ce3+ podem ter sítios de ocupação diferentes na rede vítrea. Os diagramas CIE demonstraram que as emissões das amostras ocorrem na região azul. Todos os valores de tempo de vida das amostras foram curtos, com variação de 47-34 ns quando a concentração de cério aumentou de 0,25-1,25 %mol. Osresultados sugerem que os vidros estudados apresentam potencial para aplicações em dispositivos de iluminação na região azul e que a redução por meio do carbono é eficiente
Abstract: Rare-earth doped glasses have been extensively studied due to several promising applications in optical and optoelectronic devices. In this work the visible luminescence of Ce3+ -doped calcium boroaluminate (CaBAl) glasses has been studied. Samples of CaBAl glass with composition (30.97-x)CaO-49.90B2O3-10.22Al2O3-8.90CaF2-xCeO2, with values of x varying from 0.25 to 1.25 mol%, were prepared by the conventional melting-quenching technique, adding carbon (as graphite) as reducing agent. The results of XRD confirmed the amorphous nature of the studied glasses. The increase in the volumetric density and the decrease of the molar volume indicated that the addition of cerium causes a modification in the glass structural units. The FTIR results showed that the vitreous network is formed by BO3 and BO4 structures and the calculated N4 values revealed that increment of cerium favored the conversion of structural units from BO3 to BO4. From DTA analysis was observed an increase of Tg values and a decrease of Tx with increase of dopant. The absorption spectra presented an intense broad band assigned to a charge transfer of the Ce4+, with a shift of UV absorption edge towards longer wavelength and, consequently, the decrease in the band gap with the increase in CeO2 concentration. Excitation spectra showed that Ce3+ -doped CaBAl glasses can be excited in a wide range of the UV spectral region. The luminescence band of 5D1→2F5/2,7/2 transitions of Ce3+ ions, with excitation at 320 and 405 nm, was observed. For excitation at 320 nm the emission presented greater intensity for samples with 0.25 mol% of CeO2 and for excitation at 405 nm the sample of 1.00 mol% presented greater intensity. The observed differences in emissions, for different excitation wavelengths, originates from Ce3+ ions placed mainly in two different sites of the glass network, resulting in distinct band positions and symmetries. The CIE diagram demonstrated that the samples emissions occur in the blue region. The excited state lifetime values, obtained from luminescence decay curves, show a decrease with increasing CeO2 concentration (47 to 34 ns) for the concentrations of 1.25 to 0.25 mol% of CeO2. The results suggest that the studied glasses have potential applications in optical devices such as LED and phosphors.
Palavras-chave: vidros cálcio boro-aluminato;
Vidros dopados com terras-raras;
CeO2
calcium boron aluminate glass;
Rare-earth doped glasses;
CeO2
Área(s) do CNPq: Física da Matéria Condensada
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: COORDENACAO DO CURSO DE LICENCIATURAS EM CIENCIAS NATURAIS IMPERATRIZ/CCSST
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DOS MATERIAIS/CCSST
Citação: SILVA NETO, Otávio Cândido da. Estudo das propriedades estruturais, ópticas e luminescentes de vidros Cálcio Boro-aluminato dopados com Ce3+ para dispositivos emissores de luz sintonizável. 2020. 96 f. Dissertação (Programa de Pós-graduação em Ciência dos Materiais/CCSST) - Universidade Federal do Maranhão, Imperatriz, 2020.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/4369
Data de defesa: 16-Jan-2020
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