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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/57996| Tipo: | Tese |
| Título : | Efeitos da substituição com íons lantanídeos (Er3+, Tm3+ e Yb3+) nas propriedades de fluorescência da matriz ortoniobato de ítrio (YNbO4) para aplicações em leds de luz branca e sensores ópticos de temperatura |
| Título en inglés: | Effects of lanthanide (Er3+, Tm3+ and Yb3+) ions substitutions on the fluorescence properties of the yttrium orthoniobate (YNbO4) matrix for white LEDs and optical temperature sensors applications |
| Autor : | Carmo, Felipe Felix do |
| Tutor: | Sombra, Antônio Sérgio Bezerra |
| Palabras clave : | Conversão ascendente de energia;Lantanídeos;Sensoriamento óptico de temperatura;Diodos emissores de luz branca;Materiais cerâmicos avançados |
| Fecha de publicación : | 2021 |
| Citación : | CARMO, Felipe Felix do. Efeitos da substituição com íons lantanídeos (Er3+, Tm3+ e Yb3+) nas propriedades de fluorescência da matriz ortoniobato de ítrio (YNbO4) para aplicações em leds de luz branca e sensores ópticos de temperatura. 2021. 143 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021. |
| Resumen en portugués brasileño: | No presente trabalho, materi ais policristalinos fluorescentes foram sintetizados a partir da matriz hospedeira ortoniobato de ítrio (YNbO 4 ) contendo os íons lantanídeos Er 3+3+, Tm 3+ e Yb 3+ pel a rota de estado sólido. As técnicas de d ifração de raios X, espectroscopia R aman e m icroscopi a eletrônica de varredura foram empregadas na caracterizaç ão estrutural das amostras. Os resultados obtidos a partir dessas técnicas mostraram que a substituição com os íons Er 3+3+, Tm 3+ e Yb 3+ foi efetiva quanto a inserção desses íons nos sítios pertencente s ao íon Y 3+ e apesar da elevada substituição imposta na matriz hospedeira, não foram observada s mudanças estruturais importantes, fat o que foi atribuído à semelhança em valência e raio iônico dos íons terra raras. A s micrografias das amo stras pura e dopad as não mostraram variação quanto à morfologia e tamanho dos grãos em função da substituição . O s fósforos tridopados sintetizados foram excitados em dois compri mentos de onda, 808 e 980 nm, e suas emissões foram analisadas na região do visível. Os fósforos tridopados YNbO 4 :Er 3+3+/Tm 3+3+/Yb 3+ apresentaram emissões relativas ao vermelho, verde e azul em 808 e 980 nm. As emissões relativas ao azul em 478 nm foram atribuídas à transição 1 G 4 → 3 H 6 do íon Tm 3+3+. As emis sões relativas ao verde em 534 e 555 nm foram atri buídas à s transições 2 H 11/2 → 4 I 15/2 e 4 S 3/2 → 4 I 15/2 do íon Er 3+3+. As emissões relativas ao vermelho mostraram ser formadas por contribuições das transições dos íons ativadores Tm 3+ e Er 3+3+, porém o perfil espectral dessa região mostrou uma maior contribuiç ão da transição 4 F 9/2 → 4 I 15/2 relacionada ao íon Er 3+3+. As transições 1 G 4 → 3 H 6 (Tm 3+3+) e 4 F 9/2 → 4 I 15/2 (Er 3+3+) mostraram ser preenchidas por um mecanismo de transferência de energia (ETU) com 3 e 2 fótons, respectivamente. As transições 2 H 11/2 4 S 3/2 → 4 I 15/2 mostraram ser preenchidas por um mecanismo ETU de 2 fótons em 980 nm e um mecanismo incomum de 3 fótons em 808 nm. O aumento da concentração de Tm 3 reduziu as emissões relativas ao azul e verde devido aos possíveis processos de transferência de energia T m 3+ Tm 3+ e Er 3+ Tm 3+3+, respectivamente. A emissão de luz branca com coordenadas cromáticas x = 0,31 e y = 0,35 foi obt ida na composição YNbO 4 : 0,5%Er 3+ 2,0%Tm 3+ 20%Yb 3+ sob 64,5 mW/ cm 2 em 980 nm e x 0,35; y 0,36 na composição YN b O 4 : 0,5%Er 3+ 2,0%Tm 3+ 15 %Yb 3+ sob 12,0 W/cm 2 em 808 nm . No estudo de sensoriamento óptico de tempe ratura, o fósforo YNbO 4 : 0,5%Er 3+ 2,0%Tm 3+ 20%Yb 3+ mostrou cinco correlações entre pares de bandas de emissão, sendo 2 correlações entre níveis termicamente acopladas e 3 correlações de níveis não termicamente acoplados, sendo o par de níveis não termicamente acoplados 3 F 2 4 S 3/2 que apresentou a maior sensibilidade máxima de 9 ,0 5 10 2 K 1 em 500 K com sensibilidade relativa de 0,67% K 1 , valor promissor quando comparado a outros traba lhos publicados na literatura. As coordenadas cromáticas da amostra cromáticas da amostra YNbOYNbO44: 0,5%Er: 0,5%Er3+3+ 2,0%Tm2,0%Tm3+3+ 20%Yb20%Yb3+3+ mudaram com o aumento da mudaram com o aumento da temperatura, com a diminuição das intensidades nas regiões azul e verde e aumento na região temperatura, com a diminuição das intensidades nas regiões azul e verde e aumento na região vermelho do espectro visível, deslocanvermelho do espectro visível, deslocando sutilmente as coordenadas cromátido sutilmente as coordenadas cromáticas em direção a cas em direção a região vermelharegião vermelha no diagramano diagrama CIE.CIE. |
| Abstract: | In the present work, polycrystalline fluorescent materials were synthesized from the yttrium orthoniobate (YNbO 4 ) host con taining the lanthanide ions Er 3+3+, Tm 3+ and Yb 3+ by solid state route. X ray diffraction, Raman spectroscopy, and FE SEM were emp loyed for characterization of the samples. X ray diffraction and Raman spectroscopy showed that the substitution with the Er 3+3+, Tm 3+ and Yb 3+ ions was effective for the insertion of these ions i n the sites belonging to the Y 3+ ion. Despite the high substit ution of the host matrix, no important structural changes were observed. This fact was attributed to the similarity in valence and ionic radius of the earth rare ions. The FE SEM micrographs of the pure and doped samples showed no variation in morphology a nd grain size as a function of substitution . The synthesized tri doped phosphors were excited at two wavelengths, 808 and 980nm, and their emissions were analyzed in the visible region. The YNbO 4 : Er 3+3+/Tm 3+3+/Yb 3+ phosphors presented red, green and blue emis sion s at 808 and 980 nm. Emissions relative to blue at 478 nm were attributed to the 1 G 4 3 H 6 transition of the Tm 3+ ion. The emissions related to green at 534 and 555 nm were attributed the transitions 2 H 11/ 2 4 I 15/ 2 and 4 S 3/ 2 4 I 15/ 2 of the Er 3 ion. The re d emission was shown to be formed by contributions from the transitions of the activating ions Tm 3 and Er 3 ++, but the spectral profile of this region showed a greater contribution of the transition 4 F 9/ 2 4 I 15/ 2 related to the Er 3 ion. The transitions 1 G 4 3 H 6 (Tm 3 ++) and 4 F 9/ 2 4 I 15/ 2 (Er 3 + +) were shown to be filled by an energy transfer mechanism (ETU) with 3 and 2 photons, respectively. The 2 H 11/ 2 4 S 3/ 2 4 I 15/ 2 transitions were shown to be filled by a two photon mechanis m at 980 nm and an unusual three pho ton mechanism at 808nm. The increase in the concentration of Tm 3 reduced the emissions related to blue and green due to the possible energy transfer processes Tm 3 Tm 3+ and Er 3 Tm 3 ++, respectively. The white light emission with chromatic coordinates x = 0 .31 and y = 0.35 was obtained in the composition YNO: 0.5% Er 3 2.0% Tm 3 20% Yb 3 under 64.5mW/ cm 2 at 980 nm and x = 0.35; y = 0.36 in composition YNO: 0.5% Er 3 2.0% Tm 3 15 % Yb 3 under 12.0 W/ cm 2 at 808nm The temperature dependent luminescence is inves tigated under 980 nm excitation, and YNETY 05 2 20 sample showed five correlations between pairs of emission bands, two correlations between thermally coupled levels, and three correlations of non thermally coupled levels. The pair of non thermally coupled levels 3 F 2 4 S 3/2 , showed the highest maximum sensitivity of 9,05 10 2 K 1 at 500K with a relative sensitivity of 0.67% K 1 , a promising value when compared to other works published in the literature. The chromatic coordinates of the YNETY 05 2 20 sample c hanged with increasing temperature, with decreasing intensities in the blue and green regions and increasing in the red region of the with decreasing intensities in the blue and green regions and increasing in the red region of the visible spectrum, subtly shifting the chromatic coordinates towards the red regivisible spectrum, subtly shifting the chromatic coordinates towards the red region of the CIE on of the CIE graphgraph.. Keywords: |
| URI : | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/57996 |
| Aparece en las colecciones: | DQOI - Teses defendidas na UFC |
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