Síntese e propriedades de materiais nanoestruturados luminescentes à base de Nb2O5 e partículas SiO2@Nb2O5 dopados com íons lantanídeos para aplicação como marcadores ópticos

• Autor(a) principal: Manfré, Mateus Grecco
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-21032023-104556/
• topic: Espectroscopia; Niobium oxide; Óxido de nióbio; Rare earths; Spectroscopy; Terras raras

O objetivo do presente trabalho se caracteriza pelo desenvolvimento de sistemas nanoparticulados de Nb2O5 bem como nanopartículas SiO2@Nb2O5 dopados com íons lantanídeos tais como Eu3+, Er3+/Yb3+ e Nd3+ visando aplicações em biofotônica como marcadores luminescentes, em especial no âmbito do diagnóstico preliminar de doenças. Os sistemas nanoparticulados de Nb2O5 dopados com Eu3+, Er3+/Yb3+ foram submetidos a diferentes tratamentos térmicos e suas propriedades estruturais foram avaliadas por meio de análises como difração de raios X, espectroscopia de absorção no infravermelho e espectroscopia de espalhamento Raman. Observou-se uma predominância da fase ortorrômbica para o óxido de nióbio para tratamentos até 900 °C, sendo a fase monoclínica formada em tratamento a 1100 °C. As propriedades luminescentes foram avaliadas por meio de espectroscopia de luminescência em que se constatou que as amostras dopadas com Er3+/Yb3+ tratadas a 600 °C apresentaram uma emissão mais intensa na região do infravermelho próximo, bem como apresentaram maior alargamento inhomogêneo em comparação aos padrões tratados a temperaturas mais altas, mostrando-se mais promissora para aplicações com emissão na região do infravermelho. Apesar de se encontrarem na fase cristalina T, os padrões tratados a 900 °C apresentaram um perfil de seus espectros de excitação e emissão semelhante a íons lantanídeos em óxido de nióbio na fase monoclínica, indicando que os íons lantanídeos ocupam preferencialmente sítios de simetria semelhantes à fase M (monoclínica). Intensa emissão na região do visível foi observada após conversão ascendente de energia excitando-se na região do infravermelho próximo em 980 nm. A dinâmica do processo de conversão ascendente foi estudada para as diferentes fases cristalinas. Todas as amostras dopadas com Nd3+ apresentaram intensa luminescência na região do infravermelho próximo. Além disso, alargamento inhomogêneo foi analogamente observado para as amostras contendo a fase monoclínica do Nb2O5. Comportamento semelhante quanto às estruturas cristalinas formadas do óxido de nióbio foram observadas independentemente do íon lantanídeo. A dopagem com íon Eu3+ foi imprescindível para complementar a caracterização estrutural, evidenciando claramente a presença de ocupação dos íons lantanídeos em vários sítios de simetria quando inseridos na matriz de Nb2O5 tratada em 600 °C com estrutura ortorrômbica. No entanto, os resultados de luminescência mostraram análogo sítio de simetria quando as amostras foram tratadas a 900 e 1100 °C, indicando uma esfera de coordenação dos íons lantanídeos com simetria S4 ou C2. Com relação à preparação das partículas de sílica, avaliou-se a variação do diâmetro das partículas em função do efeito da concentração de amônia no meio reacional com a utilização da metodologia sol gel, síntese de Stöber. As metodologias de recobrimento estudadas apresentaram a mesma fase cristalina que o padrão de óxido de nióbio tratado a 900 °C conforme observado em seus difratogramas de raios X. A presença do revestimento de Nb2O5 pôde ser confirmada por meio de picos característicos da fase ortorrômbica do óxido de nióbio em seus difratogramas de raios X, além de característicos modos vibracionais em seu espectro de espalhamento Raman. A deposição de óxido de nióbio na superfície das nanopartículas de sílica não foi homogênea, porém apresentaram interessante propriedade luminescente. Com relação às amostras codopadas com Er3+/Yb3+, observou-se uma intensa emissão no visível quando excitados em 980 nm. Além disso, o potencial Zeta encontrado para os sistemas estudados apresentaram valores abaixo de -30 mV em pH neutro, indicando alta estabilidade de suas dispersões em meio fisiológico. Considerando-se ainda a intensidade das emissões no infravermelho em 1080 nm para os sistemas dopados com Nd3+ e 1550 nm para sistemas codopados com Er3+/Yb3+, conclui-se que as nanopartículas SiO2@Nb2O5 bem como os padrões Nb2O5 demonstraram grande potencial para futuras aplicações em biofotônica, especialmente para bioimageamento, nanotermometria e terapia fotodinâmica.