Síntese e caracterização da matriz Nb2O5:La3+ , Eu3+ , obtida pelo processo sol-gel não-hidrolítico

• Autor(a) principal: Matias, Carlos Roberto
• Data de Publicação: 2014
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Cruzeiro do Sul
• Texto Completo: https://repositorio.cruzeirodosul.edu.br/handle/123456789/1031
• topic: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA; Diodos Emissores de Luz; Sol-Gel Não-hidrolítico; Óxido de nióbio; Luminescência

Diodo Emissor de Luz (LED) é uma importante estratégia de iluminação de estado sólido, pela geração de luz branca a partir de luminóforos azul, verde e vermelho (RGB). Emissores vermelhos à base de sulfeto são os luminóforos mais empregados, mas são quimicamente instáveis e inadequados para serem excitados com os comprimentos de onda disponíveis nos diodos (In, Ga)N. Portanto, é importante encontrar uma nova fonte de luminóforo que possa emitir luz vermelha intensa absorvendo energia no ultravioleta próximo e no visível. Considerando que as características de luminescência, como tempo de vida radiativo, eficiência quântica de emissão, intensidade das emissões e pureza da cor dependem do ambiente químico que envolve os íons lantanídeos, a metodologia sol-gel não-hidrolítica apresenta-se como uma boa alternativa por produzir materiais de elevada pureza, menor número de poros, maior homogeneidade e menor formação de grupos OH, os quais são eficientes desativadores por relaxação não radiativa. Assim, o presente trabalho teve como objetivos a preparação e caracterização da matriz Nb2O5:La3+ , Eu3+ a partir do processo sol-gel não-hidrolítico (SGNH). Para atingir os objetivos foram sintetizadas amostras com diferentes porcentagens de elementos dopantes La3+ e Eu3+ . Visando aumentar a transferência de energia para os íons ativadores Eu3+ algumas amostras também foram dopadas com Bi3+. A matriz foi obtida através do método SGNH, tendo cloretos metálicos como precursores. Como a eficiência quântica de emissão do estado 5D0 para o Eu3+ é dependente do ambiente químico ao redor do íon emissor, as amostras foram submetidas a tratamento térmico em diferentes temperaturas e tempos, visando alterações estruturais. Foram avaliadas as propriedades espectroscópicas e características estruturais das amostras em função da composição e da temperatura de calcinação. Padrões de difração de raios X indicaram que os íons La3+ , Eu3+ e/ou Bi3+ incorporados no material não modificaram a estrutura da matriz e que o tratamento térmico proporcionou diferentes fases Nb2O5. Ensaios de fluorescência indicaram intensa emissão no vermelho para excitações em 276, 394, 465 e 525 nm. Todas as amostras apresentaram as transições características do estado 5D0 para o Eu3+: 5D0→7 F(0,1,2,3,4), com emissão mais intensa ao redor de 614 nm. Amostras tratadas a 900 e 1200 °C apresentaram uma anormal intensidade da transição 7 F4, ao redor de 700 nm. Quase a totalidade das amostras apresentaram valores para os índices de cromaticidade CIE iguais ou ligeiramente superiores aos definidos pelo Comitê Nacional de Sistema de Televisão (NTSC). Temperaturas maiores de tratamento térmico conduziram a pequenos valores para larguras de onda a meia altura (FWHM), da ordem de 3 a 4 nm. Maiores eficiências quânticas de emissão foram observadas para amostras tratadas a temperatura de 550 °C. Menores quantidades de Eu3+ também resultaram em maiores eficiências quânticas de emissão. O material apresentou intensa emissão no vermelho para excitação em 276 nm. Essa característica o habilita a ser um bom candidato para uso em lâmpadas fluorescentes, em substituição ao emissor vermelho à base de sulfeto. O material também apresentou intensa emissão no vermelho para excitação em 394, 465 e 525 nm, indicando a possibilidade de seu uso como emissor vermelho na composição dos LEDs tricromáticos, podendo ser excitado pela energia de recombinação do par elétron-buraco, ao redor de 390 nm, pela emissão do emissor azul em 455 nm, e também pela energia de emissão do emissor verde em 520 nm. Adição de bismuto, ao contrário do que se esperava, resultou em diminuição no valor das propriedades ópticas do material. Conclui-se que o material desenvolvido possui potencial para aplicação tanto como substituto dos luminóforos vermelhos utilizados atualmente, quanto para aplicação como emissor vermelho em LEDs. Palavras-chave: Diodos Emissores de Luz; Sol-Gel Não-hidrolítico; Óxido de nióbio; Luminescência.