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Preparação e caracterização de vidros aluminato de cálcio com baixa concentração de sílica dopados com ´Nd IND.2´´O IND.3´ e ´Er IND.2´´O IND.3´ (2001)

  • Authors:
  • Autor USP: SAMPAIO, JURACI APARECIDO - IFSC
  • Unidade: IFSC
  • Sigla do Departamento: FFI
  • Subjects: VIDRO; LASER; TERRAS RARAS
  • Language: Português
  • Abstract: O desenvolvimento de laseres de estado sólido compactos operando na região do infravermelho médio, entre 2 - 5 'mü'm, tem recebido considerável atenção nos últimos anos. Esses dispositivos oferecem grande potencial como fonte de luz para uma infinidade de aplicações, como por exemplo laseres para medicina e sensores químicos remotos. Laseres operando na região de 2.8 'mü'm tem interesse particular na medicina devido à forte banda de absorção da água nessa região espectral. Para se conseguir forte emissão laser próximo a 2.8 'mü'm têm sido investigadas famílias de vidros não-óxidos, como por exemplo vidros fluoretos de metais pesados e vidros chalcogenetos, dopados com 'Er POT.3+'. Entretanto esses vidros são caros, difíceis de serem feitos, além de serem tóxicos. Por essa razão o desenvolvimento de um vidro óxido seria ideal, já que são mais baratos, relativamente fáceis de serem produzidos, além de não serem tóxicos. A desvantagem dos vidros óxidos é a sua alta energia de fônons, quando comparada aos vidros haletos e chalcogenetos, que aumenta a taxa de transição não radiativa. Seria interessante investigar um sistema vitreo que tivesse propriedades otimizadas, ou seja, boas propriedades ópticas, térmicas e mecânicas, e baixa energia de fônons. O sistema vítreo aluminato de cálcio seria um candidato para essas aplicações, já que preenche essas exigências. Porém não há na literatura informações a respeito da influência de pequenas quantidades de elementos terrasraras nas propriedades desses vidros, e qual é a concentração ideal desses íons. ) O objetivo dessa tese foi investigar composições de vidros aluminato de cálcio (48,1 CaO : 40.8 'Al IND.2''O IND.3' : 4.1 MgO : 7.0 Si'O IND.2') dopados com 'Nd IND.2''O IND.3', 'Er IND.2''O IND.3' ou 'Yb IND.2''O IND.3', e verificar qual a influência desses íons nas propriedades ópticas, térmicas, mecânicas e termo-ópticas. Investigou-se também qual a influência da atmosfera de fusão. Com esse objetivo as amostras foram fundidas em cadinhos de grafite sob vácuo, e em cadinhos de platina, ao ar, ambas as fusões ocorreram a 1400 'GRAUS'C. As amostras foram investigadas através de difração de raios-X e microscopia óptica, cujos resultados confirmaram o estado amorfo das amostras preparadas. As amostras não apresentaram estrias e tiveram boa transparência óptica. Os espectros de transmitância mostraram que o processo de fusão a vácuo eliminou completamente a forte banda de absorção próxima a 3 'mü'm devida à água. O corte da transmitância na região do infravermelho ocorreu em 5.5 'mü'm, sendo independente do tipo do íon terra rara presente na composição do vidro. O índice de refração em 546.1 nm aumentou de 1.6702 (amostra base) para 1.6876 (amostra dopada com 8% de 'Er IND.2''O IND.3'). Este acréscimo no índice de refração é atribuído a um aumento da polarizabilidade eletrônica do vidro devido ao aumento de oxigênios non-bridging. ) A densidade aumenta de 2.92 g/'cm IND.3' (amostrabase) para 3.12 g/'cm IND.3' (amostra dopada com 8% de 'Er IND.2''O IND.3'), esse aumento é explicado levando em consideração a massa dos átomos terras raras, que são maiores em relação ao 'Al IND.2''O IND.3'. A dureza dos vidros aluminato de cálcio diminuiu de 865 kg/m'm POT.2' (amostra base) para 781 kg/m'm POT.2' (amostra dopada com 8% de 'Er IND.2''O IND.3'), ou seja aproximadamente 11% de decréscimo. No caso da temperatura de transição vítrea, Tg, esse decréscimo é de aproximadamente 8%, sendo '841 GRAUS'C para a amostra base e '782 GRAUS'C para a amostra dopada com 8% de 'Er IND.2''O IND.3'. Para o vidro base, a difusividade térmica foi de 5.75 x '10 POT.-3' 'cm POT.2'/s e a condutividade térmica foi de 15.5 x '10 POT.-3' W 'cm POT.-1' 'K POT.-1'. Tanto a difusividade quanto a condutividade térmica decresceram na mesma proporção da dureza e Tg, conforme substitui-se a alumina pelo óxido terra rara. Esta é uma indicação de que os átomos terras raras atuam como modificadores de rede, abrindo a estrutura do vidro, diminuindo a resistência mecânica e atuando como barreiras térmicas no material. A resistência ao choque térmico dos vidros aluminato de cálcio é de 339 W/m, semelhante aos vidros silicatos que é de 358 W/m, e aproximadamente quatro vezes maior que a dos vidros fluoretos, 86 W/m. Este resultado confirma a hipótese de que os vidros aluminato de cálcio podem suportar variações abruptas de temperatura. Através da espectroscopia de lente térmica foram obtidasa eficiência quântica dos vidros aluminato de cálcio dopados com 'Nd IND.2''O IND.3' e 'Er IND.2''O IND.3'. No caso das amostras dopadas com concentrações menores de 3% de 'Nd IND.2''O IND.3' a eficiência quântica foi de aproximadamente 80%. ) Esses resultados indicam que os vidros aluminato de cálcio são excelentes candidatos para laseres de estado sólido e demais aplicações ópticas na região do infravermelho médio
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 11.10.2001
  • Acesso à fonte
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    • ABNT

      SAMPAIO, Juraci Aparecido; CATUNDA, Tomaz. Preparação e caracterização de vidros aluminato de cálcio com baixa concentração de sílica dopados com ´Nd IND.2´´O IND.3´ e ´Er IND.2´´O IND.3´. 2001.Universidade de São Paulo, São Carlos, 2001. Disponível em: < http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-24062008-162022/ >.
    • APA

      Sampaio, J. A., & Catunda, T. (2001). Preparação e caracterização de vidros aluminato de cálcio com baixa concentração de sílica dopados com ´Nd IND.2´´O IND.3´ e ´Er IND.2´´O IND.3´. Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-24062008-162022/
    • NLM

      Sampaio JA, Catunda T. Preparação e caracterização de vidros aluminato de cálcio com baixa concentração de sílica dopados com ´Nd IND.2´´O IND.3´ e ´Er IND.2´´O IND.3´ [Internet]. 2001 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-24062008-162022/
    • Vancouver

      Sampaio JA, Catunda T. Preparação e caracterização de vidros aluminato de cálcio com baixa concentração de sílica dopados com ´Nd IND.2´´O IND.3´ e ´Er IND.2´´O IND.3´ [Internet]. 2001 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-24062008-162022/

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