Termometria por conversão ascendente de energia em microcristais individuais de NaYF₄ codopados com Yb³⁺ e Er³⁺

• Autor(a) principal: GONÇALVES, Igor Macêdo
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFPE
• dARK ID: ark:/64986/001300000cpv6
• Texto Completo: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/34184
• topic: Óptica; Íons de lantanídeos; Conversão ascendente de energia; Termometria óptica

Íons de lantanídeos são amplamente utilizados na pesquisa científica devido as suas propriedades ópticas. Os elétrons opticamente ativos destes elementos encontram-se na subcamada eletrônica 4f, mais interna que as subcamadas 5s, 5p e 6s, resultando num efeito de blindagem eletroestática dos elétrons 4f. Deste modo, os elétrons opticamente ativos de elementos lantanídeos não sofrem influências significativas do campo cristalino da matriz hospedeira, mas suas propriedades ópticas continuam respondendo a agentes externos, como a luz de um laser ou a temperatura do meio onde a matriz contendo os íons lantanídeos se encontra. Portanto, até mesmo do ponto de vista teórico um íon lantanídeo é um bom candidato para aplicações de sensoriamento de grandezas físicas do ambiente externo. Estudos acerca da capacidade de sensoriamento térmico através do sinal fluorescente de conversão ascendente de energia (CAE) de nano- ou microestruturas dopadas com íons lantanídeos no estado trivalente são amplamente investigados na literatura. Em particular, nano- ou micro-estruturas baseadas na matriz de fluoreto de ítrio e sódio (NaYF₄) na fase cristalina β codopada com Yb³⁺ e Er³⁺ garantem emissão fluorescente no visível bastante eficiente com excitação em torno de 980 nm. Para este tipo de sistema, o mecanismo de CAE para as emissões no visível do íon de érbio em torno de 520, 550 e 650 nm já é bem compreendido. Neste processo, a transferência de energia do sensitizador Yb³⁺ para o aceitador Er³⁺ é eficiente e todas as emissões no visível dos íons de Er³⁺ são processos de dois fótons. Uma técnica de termometria óptica bastante aplicada em sistemas dopados com Er³⁺ é a fluorescence intensity ratio (FIR), em que o sensoriamento térmico é feito através das variações da razão das intensidades de fluorescência dos níveis termicamente acoplados do íon de Er³⁺ (emissões em torno de 520 e 550 nm) com a mudança da temperatura do meio. Nesta dissertação, investigamos o uso de microcristais individuais de NaYF₄ codopados com Yb³⁺ e Er³⁺ para realizar termometria óptica através da técnica de FIR. Para este propósito, desenvolvemos um aparato experimental baseado em um microscópio óptico invertido de varredura de amostra, que permite a localização de microcristais individuais distribuídos usando a técnica de spin coating sobre um coverslip. Este aparato é dotado de um sistema de aquecimento local de uma amostra de microcristais individuais. Nossa atividade experimental consistiu em: i) fazer imagens dos microcristais individuais através da varredura da amostra; ii) registrar os espectros de emissão de CAE com excitação em 977 nm em microcristais individuais, identificando as respectivas linhas de emissão no visível dos íons de Er³⁺; iii) caracterizar opticamente as linhas de CAE em microcristais individuais através do estudo com variação de potência de excitação para modelar os processos de emissão e, por fim, iv) utilizar a técnica de FIR para estudar e avaliar o potencial de aplicação dos microcristais individuais para sensoriamento térmico. Nesta avaliação, medidas de alguns parâmetros, tal como a sensitividade e a sensitividade relativa do sistema, foram realizadas.