Partículas micro e submicrométricas luminescentes de alumina dopadas com íons cromo: síntese por pirólise de aerossol, estudo estrutural e espectroscópico para aplicação em fotônica

• Autor(a) principal: Rocha, Euzane Gomes da
• Data de Publicação: 2021
• 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-21122021-082244/
• topic: Laser randômico; Luminescence; Luminescência; Partículas de rubi; Random laser; Ruby particles; Termometria; Thermometry

O desenvolvimento da Fotônica, área da ciência dedicada a estudar fenômenos ópticos, como geração, manipulação, transporte e detecção da luz, e que possui o fóton como unidade básica, depende do preparo de novos materiais e compreensão da interação luz matéria. O marco inicial deu-se pela construção do primeiro laser de rubi em 1969 por Theodore Maiman e a partir de então, o rápido desenvolvimento permitiu a produção de displays, leitores, processadores de dados, terapias médicas, entre tantos outros dispositivos; no entanto, muito ainda pode-se avançar. Este trabalho tem seus objetivos diretamente inseridos no campo da Fotônica e visa a síntese, caracterização morfológica, estrutural e espectroscópica de partículas esféricas de rubi a partir da pirólise de aerossol, uma metodologia facilmente escalonável do laboratório à indústria; além da produção de filmes compósitos a partir das partículas e fibroína de seda. Os resultados obtidos foram avaliados em função da concentração de íons dopantes e da temperatura de tratamento térmico e estudou-se as propriedades espectroscópicas dos materiais visando a aplicação em laser randômico e termometria. Diferentes técnicas de caracterização foram utilizadas, e confirmaram a formação de partículas esféricas de alumina policristalinas dopadas com íons Cr3+, seja nas fases γ ou α-Al2O3. A caracterização espectroscópica destacou a influência do campo cristalino sobre o íon cromo, confirmando mudanças no ambiente de coordenação do íon a partir das colorações distintas para as diferentes fases da alumina. Na α-Al2O3, a intensa emissão no vermelho, resultado da transição 2E → 4A2 na região de 693 nm, com os desdobramentos referentes às linhas-R do rubi, foi caracterizada, e esta emissão foi foco de estudo para o desenvolvimento de materiais fotônicos. O estudo teórico da emissão laser em ambiente randômico determinou a energia de limiar laser em 5,9 J/cm2. Estudos espectroscópicos de fotoluminescência em função da temperatura confirmaram que apensar da pequena diferença energética de ~30 cm-1 entre os subníveis, as partículas de rubi possuem sensibilidade térmica relativa comparável a outros materiais descritos na literatura, habilitando-as a serem utilizadas como termômetros luminescentes em temperatura criogênica, ou mesmo, em temperatura próximo à ambiente.