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Title in Portuguese: Propriedades fotoluminescentes da matriz cerâmica BaBi2Nb2O9 (BBN) tri-dopada com Er3+/Tm3+/Yb3+
Title: Photoluminescent properties of the Er3+/Tm3+/Yb3+ tri-doped BaBi2Nb2O9 (BBN) ceramic matrix
Author: Façanha, Marcello Xavier
Advisor(s): Sombra, Antonio Sergio Bezerra
Keywords: Cerâmicas
Up-conversion
Propriedades ópticas
Fósforos UC
Issue Date: 2019
Citation: FAÇANHA, Marcello Xavier. Propriedades fotoluminescentes da matriz cerâmica BaBi2Nb2O9 (BBN) tri-dopada com Er3+/Tm3+/Yb3+. 2019. 162f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Abstract in Portuguese: Neste trabalho, amostras policristalinas dos sistemas tetragonais BaBi2Nb2O9 (BBN), BBN co-dopado com Er3+/Yb3+ e BBN tri-dopado com Tm3+/Er3+/Yb3+ foram sintetizadas com sucesso pelo método de estado sólido de alta temperatura. Difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura e fotoluminescência à temperatura ambiente foram utilizadas para analisar as propriedades estruturais, morfológicas e óticas dos sistemas luminescentes. Os resultados indicam que todas as composições cristalizam no grupo espacial I4/mmm à temperatura ambiente e exibem emissões up-conversion sob excitação em 980nm por laser infravermelho. A série BBN:Er3+/Yb3+ apresentou emissões up-conversion verdes (centradas em 528nm e 548nm) e emissão up-conversion vermelha (em torno de 664nm) provenientes das transições 2H11/2, 4S3/2 →4I15/2 e 4F9/2 → 4I15/2, respectivamente. O aumento da concentração de Yb3+ nos fósforos co-dopados levou a um aumento considerável de intensidade de emissão devido à eficiência do mecanismo de transferência de energia Yb3+ → Er3+. Todos os fósforos da série emitem luz verde-amarelada com alto percentual de saturação, cujas coordenadas de cromaticidade são pouco sensíveis à variação da potência de bombeamento. Os fósforos tri-dopados BBN:Tm3+/Er3+/Yb3+ apresentaram emissões UC azuis (463nm, 484nm), verdes (528nm, 548nm) e vermelhas (648nm, 664nm, 696nm) relacionadas às transições 1D2 → 3F4 (Tm3+), 1G4→ 3H6 (Tm3+), 2H11/2 → 4I15/2 (Er3+), 4S3/2 → 4I15/2 (Er3+) e 1G4→ 3F4 (Tm3+), 4F9/2 → 4I15/2 (Er3+), 3F2 → 3H6 (Tm3+). Dinâmicas de decaimento dos níveis 4F9/2 em fósforos BBN:Er3+/Yb3+ e BBN:Tm3+/Er3+/Yb3+ foram analisadas para estudar o mecanismo de transferência de energia entre íons Er3+ e Tm3+. A introdução de íons Li+ no BBN:0,5%Tm3+0,05%Er3+8%Yb3+ induziu um ajuste dos valores triestímulos deslocando as coordenadas de cromaticidade do fósforo para a região do branco ideal (x = 0,31 e y = 0,34). Luz branca de alta pureza de cor proveniente da composição BBN2LTEY foi obtida sob densidade de potência moderada (320mW/cm2). Estes resultados estabelecem a fase BBN como uma matriz hospedeira alternativa para a obtenção de materiais luminescentes com alta estabilidade térmica e emissões up-conversion intensas.
Abstract in Spanish: In this work, polycrystalline samples of the tetragonal systems BaBi2Nb2O9 (BBN), Er3+/Yb3+ co-doped and Tm3+/Er3+/Yb3+ tri-doped BBN were successfully synthesized by the high-temperature solid-state method. X-ray diffraction, scanning electron microscopy and room temperature photoluminescence were used to analyze the structural, morphological and optical properties of the luminescent systems. The results indicate that all compositions crystallize in the I4/mmm space group at room temperature and they show up-conversion emissions under 980nm IR laser excitation. The BBN:Er3+/Yb3+ series showed green up-conversion emissions (centered at 528nm e 548nm) and red up-conversion emission (around 664nm) coming from 2H11/2, 4S3/2 → 4I15/2 and 4F9/2 →4I15/2 transitions, respectively. Increasing of Yb3+ concentration in the co-doped phosphors led to a considerable increase in emission intensity due to the efficiency of the energy-transfer mechanism Yb3+ → Er3+. All the phosphors of the series emit yellowish greenlights with high saturation percentage whose chromaticity coordinates are not very sensitive to the pumping power variation. The tri-doped phosphors BBN:Tm3+/Er3+/Yb3+ showed blue (463 and 484nm), green (528 and 548nm) and red (648, 664 and 696nm)UC emissions related to 1D2 → 3F4 (Tm3+), 1G4 → 3H6 (Tm3+),2H11/2, 4S3/2 → 4I15/2 (Er3+) and 1G4 → 3F4 (Tm3+), 3F2 → 3H6(Tm3+), 4F9/2 → 4I15/2 (Er3+) transitions. Decay dynamics of the4F9/2 levels in BBN:Tm3+/Er3+/Yb3+ and BBN:Er3+/Yb3+ phosphors have been analyzed to study the energy-transfer mechanism between Er3+ and Tm3+ ions. The introduction of Li+ions into the BBN:0.5%Tm3+0.05%Er3+8%Yb3+ has induced an adjustment of tristimulus values shifting the chromaticity color coordinates of the phosphor towards to the ideal white region (x = 0.31 and y = 0.34). High color purity white-light coming from the BBN2LTEY composition was obtained under moderate power density. These results establish the BBN phase as an alternative host matrix to obtain luminescent materials with high thermal stability and intense up-conversion emissions.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/40285
metadata.dc.type: Tese
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