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Mémoire de Maîtrise
DOI
10.11606/D.46.2005.tde-19122006-102817
Document
Auteur
Nom complet
Maria Adriana Fraiha Monteiro
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2005
Directeur
Jury
Brito, Hermi Felinto de (Président)
Brito, Giancarlo Espósito de Souza
Constantino, Vera Regina Leopoldo
Titre en portugais
Investigação fotoluminescente de sistemas contendo alumina dopada com íons terras raras preparados pelos métodos cerâmico combustão e pechini
Mots-clés en portugais
Alumina
Fotoluminescencia
Pechini
Terra rara
Resumé en portugais
Neste trabalho foram preparadas as amostras Al2O3:TR3+ (TR3+=Eu, Gd) pelos métodos cerâmico, combustão e Pechini, calcinadas de 400 - 1400 ºC. Os difratogramas de raios X sugerem que as amostras calcinadas em menores temperaturas apresentam-se como sistemas amorfos, que com a elevação da temperatura de calcinação transformam-se na fase cúbica das aluminas ativadas (γ-Al2O3). A partir de 1200 ºC forma-se a fase hexagonal de α-Al2O3, altamente cristalina e termoestável. O tamanho dos cristalitos foi determinado pelo método de Scherrer a partir dos respectivos difratogramas. Em geral, os espectros no infravermelho de Al2O3:Eu3+ apresentaram estiramentos relativos aos grupos tetraédricos [AlO4] condensados e/ou isolados indicando a presença de fase γ-alumina. Foi também observada a existência de bandas em regiões de menores energias atribuídas às freqüências de estiramento de grupos octaédricos [AlO6] relativas à fase α-alumina (coríndon). A Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) indicou que as partículas obtidas pelo método cerâmico apresentam menor tamanho e uma morfologia mais uniforme comparados com aquelas obtidas pelos métodos de combustão e Pechini. Os espectros de emissão (λ exc. = 320 nm) do sistema Al2O3:Gd3+ não apresentam as bandas finas oriundas dos íons Cr3+ observadas nos espectros da alumina não dopada, indicando que íon Gd3+ suprime a luminescência destes íons. Os espectros de excitação das amostras Al2O3:Eu3+ preparadas pelo três métodos apresentam uma banda larga atribuída aos defeitos da matriz Al2O3 e à banda LMCT do O→Eu3+, enquanto que as bandas finas são atribuídas às transições 7F0#&8594;5DJ, 5HJ e 5LJ oriundas do íon Eu3+. Os espectros de emissão dos sistemas Al2O3:Eu3+ (1%), obtidos pelos métodos de combustão, cerâmico e Pechini, e calcinados de 400 - 1100 ºC (λexc. = 394 nm) apresentam bandas alargadas atribuídas às transições 5D07FJ do íon Eu3+, sugerindo a ocupação de diferentes sítios de simetria neste sistema evidenciado através do alargamento inomogêneo das bandas atribuídas às transições 4f-4f do íon terra rara. A presença da inomogeneidade das transições eletrônicas 5D07FJ para Al2O3:Eu3+ (1%) calcinada de 400 a 1000 ºC sugere que este sistema apresenta predominância da fase gama (γ-Al2O3:Eu3+). A conversão da γ-Al2O3 (fase metaestável) em α-Al2O3 (fase estável - coríndon) promove alterações significativas nos espectros de emissão (λexc. = 394 nm). As amostras calcinadas de 1100 a 1400 ºC exibem um pico fino de alta intensidade (695 nm) atribuídas à linha R do íon Cr3+. A curva de decaimento luminescente do nível emissor 5D0 apresentou um comportamento bi-exponencial indicando que o íon Eu3+ encontra-se em um ambiente químico com diferentes sítios de simetria. O sistema Al2O3:Eu3+ preparado pelo método de combustão (400 - 1100 ºC) apresenta um aumento nos valores dos parâmetros de intensidades Ω2 com o aumento da temperatura de calcinação promovendo uma elevação do caráter covalente da interação metal-doador. Os valores da eficiência quântica de emissão (η) dos sistemas Al2O3:Eu3+ apresentam-se maiores comparados com outros sistemas vítreos. Observa-se que as coordenadas CIE dos compostos Al2O3:Eu3+ localizam-se próximas ao vértice correspondente à cor vermelha sugerindo uma grande contribuição desta cor.
Titre en anglais
Fotoluminescent study of alumina doped with rare earth ions: obtained by ceramic, combustion and pechini methods
Mots-clés en anglais
Alumina
Pechini
Photoluminescence
Rare earths
Resumé en anglais
In this work, Al2O3:TR3+ (TR3+=Eu, Gd) samples were prepared by ceramic, combustion and Pechini methods annealed at the temperature range of 400 - 1400 ºC. X-Ray diffraction -XRD patterns suggest that samples heated at lower temperatures are amorphous systems, but when the temperature increases, a change in the cubic phase of activated alumina (γ-Al2O3) is observed. The α-Al2O3 phase showed high crystallinity and thermostability annealed at 1200 ºC. Crystallite size was determined by Scherrer's method using XRDs. In general, infrared spectra of Al2O3:Eu3+ show stretching frequencies related to condensed and/or isolated tetrahedral groups [AlO4] indicating the presence of γ-alumina phase. It was observed the existence of bands in lower energies attributed to stretching frequencies of octahedral groups [AlO6] from α-alumina phase (corundum). The scanning electron microscopy (SEM) suggests that particles obtained by ceramic method show the smallest size and the most uniform morphology compared to those prepared by combustion and Pechini methods. Emission spectra (λ exc. = 320 nm) of AlAl2O3:Gd3+ system present no narrow bands arising from Cr3+ ions observed in the spectra of non-doped alumina indicating luminescence quenching by Gd3+ ion. Excitation spectra of Al2O3:Eu3+ samples prepared by three methods present a broad band attributed to defects of Al2O3 matrice and to LMCT state of O→Eu3+, on the other hand, the narrow bands are assigned to 7F05DJ, 5HJ and 5LJ transitions arising from Eu3+ ion. Emission spectra of Al2O3:Eu3+ (1%) system prepared by combustion, ceramic and Pechini methods, annealed from 400 to 1100 ºC (λexc. = 394 nm) show broad bands for 5D07FJ transitions of Eu3+ ion suggesting that this ion is in different symmetry sites indicated by inhomogeneous line broadening of bands attributed to 4f-4f transition from rare earth ion. The presence of inhomogeneity of 5D07FJ transitions for Al2O3:Eu3+ (1%) annealed from 400 to 1000 ºC suggests that this system presents predominantly the γ-alumina phase. The conversion of γ-Al2O3 (metastable phase) to α-Al2O3 (stable phase - corundum) changes significantly their emission spectra (λexc. = 394 nm). The samples annealed from 1100 to 1400 ºC, exhibited a high intensity narrow peak around 695 nm assigned to R lines of Cr3+ ion. Luminescence decay curves of 5D0 emitter level have a bi-exponential behavior indicating that Eu3+ ion is found in a chemical environment with different symmetry sites. The Al2O3:Eu3+ system prepared by combustion method at 400 -1100 ºC presents an increase in the Ω2 intensity parameter values with the increase of annealing temperatures enhancing the covalent character of metal-donator interaction. The values of emission quantum efficiencies (η) of Al2O3:Eu3+ are higher than those for vitreous systems. CIE coordinates of Al2O3:Eu3+ are located near the corner corresponding to monochromatic red color.
 
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Dissertacao.pdf (5.44 Mbytes)
Date de Publication
2007-03-29
 
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