A ciência e a arte da ligação química: compreendendo a luminescência persistente por meio da engenharia de defeitos

• Autor(a) principal: Barbará, Miguel Aguirre Stock Grein
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-15102024-173527/
• topic: Defeitos estruturais; Lanthanum oxyhalides; Luminescência persistente; Oxihaletos de lantânio; Persistent luminescence; Rare earths; Resistant defects; Terras raras

Os materiais luminescentes estão presentes no dia a dia nas mais diversas aplicações. Dentre eles os materiais que possuem a luminescência persistente estão ampliando suas fronteiras de aplicabilidade. Esse destaque que essa classe de materiais está ganhando se deve a capacidade de armazenar energia e a emiti-la na forma de luz por um período que pode variar de minutos a horas depois de cessada a excitação. Todavia, não há muitos estudos quantitativos a respeito dos fatores que influenciam essa capacidade de armazenar energia. Ademais, não há uma diretriz sobre quais ou a capacidade de uma determinada matriz de apresentar a luminescência persistente. Com isso diversos materiais são testados a cegas quando se pretende desenvolver um novo. Com isso, neste estudo visou-se pensar num modelo que permitiria, de antemão, prever se um determinado composto conseguiria armazenar e emitir luz. Para isso, utilizamos a teoria ácido base duro-mole de Pearson para estudar o efeito da mudança de covalência que ocorre numa matriz ao se usar diferentes elementos. As matrizes utilizadas foram os oxihaletos de lantânio, do cloro até o iodo, e focou-se em como essa variação dos elementos afetaria a quantidade de defeitos estruturais presente nos materiais e a variação da luminescência. Esse conjunto de materiais foi dopado com európio e o par itérbio e érbio para estudar sua luminescência na região do visível, infravermelho e a capacidade de realizar upconversion. Para tentar gerar mais defeitos estruturais os materiais foram codopados com metais alcalinos terrosos, magnésio até bário, para gerar o um sistema de compensação de carga que induz a formação de defeitos. A síntese desses materiais foi através do estado sólido assistido por micro-ondas, foi realizado a otimização dos parâmetros de síntese para cada um dos oxihaletos. É importante frisar que tanto a codopagem, síntese e estudo de luminescência persistente para esses materiais nunca foi reportada na literatura. As caracterizações e o estudo da pureza das fases se deram por difração de raios-X, reflectância difusa, termoluminescência. As propriedades luminescentes foram compreendidas pelos experimentos de fotoluminescência no visível, no infravermelho e pelo processo de upconversion. Com os dados obtidos foi possível obter um conjunto de matrizes nunca antes descritas na literatura e propor um método sintético alternativo. Para esses novos materiais foi observado que a variação de covalência dentro da matriz permite a formação de mais defeitos estruturais. Dessa forma uma curta luminescência persistente no oxibrometo e no oxicloreto, já o oxiiodetos não apresentou o fenômeno. Visto o sucesso na obtenção da luminescência persistente para essas duas matrizes resta propor um mecanismo da luminescência persistente. Todavia ainda são necessários alguns estudos para posicionar corretamente os níveis de energia dos íons terras raras dentro do band gap.