Materiais nanoestruturados à base de SiO2, GeO2, Nb2O5 e Ta2O5 dopados com terras raras para aplicações em fotônica como amplificadores ópticos, conversores de energia e nanotermometria (2022)
- Authors:
- Autor USP: CAIXETA, FÁBIO JOSÉ - FFCLRP
- Unidade: FFCLRP
- Sigla do Departamento: 593
- DOI: 10.11606/T.59.2022.tde-07062022-134043
- Subjects: TELECOMUNICAÇÕES; TERRAS RARAS; NANOPARTÍCULAS; LUMINESCÊNCIA; ÍONS
- Keywords: Banda larga de emissão; Conversão ascendente de energia; Conversão fototérmica; Guias de ondas planares; Materiais nanocompósitos; Microscopia hiperespectral; Rendimento quântico; Termômetros luminescentes
- Agências de fomento:
- Language: Português
- Abstract: Neste trabalho são descritos e discutidos a preparação e as caracterizações estrutural, morfológica, espectroscópica e óptica de materiais nanoestruturados à base de silicatos e germanatos de Nb2O5 e Ta2O5 dopados com íons terras raras (TR) e preparados pela metodologia Sol-gel na forma de pó, filme e guia de onda planar. A correlação da estrutura da matéria com as propriedades térmicas, fotoluminescentes e ópticas foi minuciosamente estudada por difração de raios X, espectroscopia vibracional de espalhamento Raman, microscopia eletrônica de transmissão, microscopias óptica e hiperespectral, refletâncias especular e difusa, espectroscopia vibracional de absorção no infravermelho (FTIR), espectroscopia M-line, espectroscopia eletrônica de absorção UV-Vis-NIR e espectroscopia de fotoluminescência. Inicialmente, nanocompósitos na forma de pó, filme e guia de onda planar ativo à base de SiO2-M2O5 (M = Nb, Ta) tridopados com íons TR3+ foram preparados e caracterizados. Após tratamento término a 900 ºC foi possível eliminar eficientemente grupos supressores de fotoluminescência e controlar o processo de cristalização. Isto possibilitou a obtenção de materiais com ampla janela de transparência e que apresentam intensa e alargada emissão na região de 1,5 µm com largura de banda à meia-altura (Full Width at Half Maximum - FWHM) de até 173 nm. Também foram obtidos guias de onda planares ativos à base SiO2-Nb2O5:Nd3+/Er3+/Tm3+ com excelentes propriedades ópticas e com grande potencial de aplicação como amplificadores ópticos de banda larga na região das bandas O, E, S, C, L e U da terceira janela de telecomunicações. Nanocompósitos GeO2-M2O5 (M = Nb, Ta) dopados com íons Eu3+ e na forma de pó também foram preparados e caracterizados. O íon Eu3+ foi utilizado como uma sonda estrutural a fim de se avaliar o ambiente químico do íon TR3+. Foipossível verificar a formação de uma estrutura cristalina complexa contendo principalmente os óxidos GeO2 trigonal e Ta2O5 ortorrômbico, bem como o óxido misto GeO2.9Nb2O5 de estrutura cristalina tetragonal. A estrutura destes materiais influenciou de maneira significativa as suas propriedades fotoluminescentes. Foi verificado emissão a partir do estado excitado 5D1 do Eu3+, evidenciando a obtenção de um material onde os processos de desativação de estados excitados via supressores de luminescência e multifônons da rede são negligenciáveis. Neste sentido, os resultados mostraram uma influência significativa da estrutura do óxido misto GeO2.9Nb2O5 nas propriedades fotoluminescentes destes materiais. Tendo como base os resultados obtidos nos nanocompósitos dopados com íons Eu3+, foram preparados materiais à base de GeO2-M2O5 (M = Nb, Ta) codopados com íons Er3+ e Yb3+. A cristalização destes materiais codopados ocorreu de forma análoga àqueles dopados com íons Eu3+. Também foi observado a formação dos óxidos GeO2 trigonal, Ta2O5 ortorrômbico e do óxido misto GeO2.9Nb2O5 tetragonal. Além disso, também foi verificado a formação em quantidade considerável do tântalato de itérbio (YbTaO4) monoclínico no nanocompósito GeO2-Ta2O5:Er3+/Yb3+. Assim como ocorreu no nanocompósito GeO2-Nb2O5:Eu3+, o óxido misto também influenciou de forma significativa as propriedades fotoluminescentes dos nanocompósitos GeO2-Nb2O5:Er3+/Yb3+. Quando este óxido misto está presente em quantidade apreciável, 1100 ºC, há emissão preferencial na região do verde com alta intensidade e elevado rendimento quântico de conversão ascendente (UPCQY). Nos nanocompósitos GeO2-Ta2O5:Er3+/Yb3+ por sua vez, a formação de YbTaO4 monoclínico influenciou de forma pronunciada as propriedades fotoluminescentes. Emissão quase que somente na região do verde foi verificada nos espectros deconversão ascendente de energia (UPC) quando este óxido está presente. Não somente isto, também foi verificado emissão na região do azul e UPCQY na mesma ordem de grandeza de fluoretos. A partir dos resultados de UPC do nanocompósito GeO2-Ta2O5:Er3+/Yb3+ foi avaliada a possibilidade do seu uso como um termômetro luminescente. Os resultados mostraram que não somente este material funciona como um eficiente termômetro primário quando na forma de pó, mas também quando está disperso em diferentes concentrações em filmes de polimetilmetacrilato (PMMA). Não obstante, os filmes de PMMA contendo o nanocompósito GeO2-Ta2O5:Er3+/Yb3+ se mostraram bons conversores fototérmicos. Por fim, por meio da Microscopia Hiperespectral foi possível avaliar o fluxo de calor à nível nanométrico nestes filmes híbridos
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- Publisher place: Ribeirão Preto
- Date published: 2022
- Data da defesa: 18.03.2022
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ABNT
CAIXETA, Fábio José. Materiais nanoestruturados à base de SiO2, GeO2, Nb2O5 e Ta2O5 dopados com terras raras para aplicações em fotônica como amplificadores ópticos, conversores de energia e nanotermometria. 2022. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, 2022. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-07062022-134043/. Acesso em: 01 jan. 2026. -
APA
Caixeta, F. J. (2022). Materiais nanoestruturados à base de SiO2, GeO2, Nb2O5 e Ta2O5 dopados com terras raras para aplicações em fotônica como amplificadores ópticos, conversores de energia e nanotermometria (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-07062022-134043/ -
NLM
Caixeta FJ. Materiais nanoestruturados à base de SiO2, GeO2, Nb2O5 e Ta2O5 dopados com terras raras para aplicações em fotônica como amplificadores ópticos, conversores de energia e nanotermometria [Internet]. 2022 ;[citado 2026 jan. 01 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-07062022-134043/ -
Vancouver
Caixeta FJ. Materiais nanoestruturados à base de SiO2, GeO2, Nb2O5 e Ta2O5 dopados com terras raras para aplicações em fotônica como amplificadores ópticos, conversores de energia e nanotermometria [Internet]. 2022 ;[citado 2026 jan. 01 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-07062022-134043/ - Desenvolvimento de materiais nanoestruturados à base de SiO2-Nb2O5 preparados por uma nova rota sol-gel com aplicações em fotônica
- Highly red luminescent Nb2O5:Eu3+ nanoparticles in silicate host for solid-state lighting and energy conversion
- Broadband NIR emission from rare earth doped-SiO2-Nb2O5 and SiO2-Ta2O5 nanocomposites
- Wide multicolor tunability of blue-to-green up-conversion emission and white light generation in Pr3+/Yb3+ co-doped yttrium tantalates
- Primary thermometers based on sol–gel upconverting Er3+/Yb3+ co-doped yttrium tantalates with high upconversion quantum yield and emission color tunability
- High-quantum-yield upconverting Er3+/Yb3+-organic–inorganic hybrid dual coatings for real-time temperature sensing and photothermal conversion
- Luminescent thermometry based on Er3+/Yb3+ co-doped yttrium niobate with high NIR emission and NIR-to-visible upconversion quantum yields
- Estudos estruturais e espectroscópicos de Tantalatos de Ítrio dopados com íons Tm3+ e Yb3+ para aplicações em fotônica
- Widely dual tunable visible and near infrared emission in Pr3+-doped yttrium tantalate: Pr3+ concentration dependence on radiative transitions from 3P0 to the 1D2
- Modulating white light emission temperature in Ho3+/Yb3+/Tm3+ triply doped nanostructured GeO2-Nb2O5 materials for WLEDs applications
Informações sobre o DOI: 10.11606/T.59.2022.tde-07062022-134043 (Fonte: oaDOI API)
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