A luminescência persistente é um fenômeno em que o material emite radiação de segundos a várias horas após cessada a irradiação (luz, radiação UV, feixe de elétrons, etc.). No entanto, os mecanismos que geram o fenômeno da luminescência persistente ainda não são totalmente estabelecidos. Neste trabalho os materiais Lu₂O₃:TR³⁺,M (TR,M: Pr,Hf^IV; Eu, Ca²⁺ ou Tb,Ca²⁺) foram preparados pelo método de estado-sólido assistido por micro-ondas (MASS) e comparados com aqueles sintetizados pelo método cerâmico. As vantagens do método MASS incluem curto tempo de processamento, aquecimento dielétrico seletivo, baixo consumo de energia e uso de equipamentos de baixo custo (forno micro-ondas doméstico), muitas vezes produzindo produtos de alta pureza e alto rendimento. Os materiais foram caracterizados pelas técnicas de espectroscopia de absorção na região do infravermelho (IR), espectroscopia Raman, difração de raios X método do pó (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), X-ray absorption near edge structure (XANES), Extended X-ray absorption fine structure (EXAFS), X-ray Excited Optical Luminescence (XEOL), espectroscopia de fotoluminescência na região do UV-Visível, espectroscopia de fotoluminescência na região do UV-UV vácuo e termoluminescência (TL). Os fósforos Lu₂O₃:TR³⁺,M (TR,M: Pr,Hf^IV; Eu, Ca²⁺ ou Tb,Ca²⁺) foram preparados em um curto período de tempo (22-26 min) pelo método MASS utilizando forno micro-ondas doméstico, carvão ativado como susceptor, fluxos (H₃BO₃ ou Na₂CO₃) e sem a aplicação de gases. Todos materiais preparados com fluxo de H₃BO₃ exibem impurezas de LuBO₃ que foram quantificadas por refinamento Rietveld. Os fluxos e os dopantes não alteraram consideravelmente a estrutura cristalina da matriz C-Lu₂O₃. As micrografias MEV sugerem que o fluxo de Na₂CO₃ e os precursores nitratos geram partículas de Lu₂O₃ com tamanho menor devido a evolução de gases provenientes da decomposição destes compostos. Por outro lado, quando é usado óxidos como precursores os materiais apresentam maiores tamanhos de partícula e na presença de H₃BO₃ leva a maior agregação. Os dados de XANES indicam que houve completa redução do íon Tb^IV → Tb³⁺ e parcial do Pr^IV → Pr³⁺, devido ao uso de carvão ativado que gera CO(g) durante o tratamento térmico. Os espectros da luminescência persistente indicam emissões nas regiões do vermelho/NIR, vermelho alaranjado e verde atribuídas as transições 4f^N → 4f^N características dos íons Pr³⁺, Eu³⁺ e Tb³⁺, respectivamente. As diferenças entre os espectros registrados sob excitação UV e após cessada a irradiação podem ser explicadas pela emissão da luminescência persistente predominante dos íons TR³⁺ no sítio S₆ do que no C₂. Além disso, a co-dopagem aliovalente com os íons Hf^IV e Ca²⁺ aumentam a intensidade e duração da luminescência persistente. Isto ocorre através da geração de armadilhas provenientes dos dois co-dopantes nos sítios de Lu³⁺ e por defeitos produzidos na compensação de carga. Os materiais fotônicos preparados pelo método MASS com fluxo de H₃BO₃ apresentam maior intensidade e duração da luminescência persistente comparados aos preparados pelo método cerâmico ou sem a presença de H₃BO₃. Os mecanismos da luminescência persistente foram desenvolvidos através de princípios similares baseados nos dados experimentais da energia do band gap, posição dos níveis de energia dos íons TR^3+/2+ na matriz e energia das armadilhas. Isto confirma a solidez da interpretação dos dados experimentais dos materiais Lu₂O₃:TR³⁺,M exibindo luminescência persistentes e encoraja a expansão de modelos similares para outros materiais apresentando esse fenômeno. Os fósforos Lu₂O₃:Pr³⁺,Hf^IV,Lu₂O₃:Eu³⁺(,Ca²⁺) e Lu₂O₃:Tb³⁺,Ca²⁺) apresentaram sintonização de cores de emissão tanto para o fenômeno da fotoluminescência como da luminescência persistente, podendo atuar como bons candidatos nas aplicações de bioimageamento ou sensibilizadores de células solares.

Persistent luminescence is a phenomenon where the material emits radiation from seconds to several hours after cessation of irradiation (light, UV radiation, electron beam, etc.). The persistent luminescence mechanisms are not entirely established, however. In this work, the materials Lu₂O₃:TR³⁺,M (TR,M: PrHf^IV; Eu, Ca²⁺ or Tb,Ca²⁺) were prepared by MASS method as well as compared to these materials synthetized by ceramic method. The advantages of MASS method include short processing time, selective dielectric heating, low energy consumption and use of inexpensive equipment (domestic microwave oven), often affording high-purity and high-yield products. The materials were characterized by Infrared absorption spectroscopy (IR), Raman spectroscopy, X-ray powder diffraction (XPD), Scanning electron microscopy (SEM), X-ray absorption near edge structure (XANES), Extended X-ray absorption fine structure (EXAFS), X-ray excited optical luminescence (XEOL), photoluminescence spectroscopy in the UV-Visible range, photoluminescence spectroscopy in the UV-UV vacuum region and thermoluminescence (TL). The phosphorsLu₂O₃:TR³⁺,M (TR,M: Pr,Hf^IV; Eu, Ca²⁺ or Tb,Ca²⁺) were rapidly (22-26 min) and successfully prepared by MASS method using a domestic microwave oven, carbon as susceptor, fluxes (H₃BO₃ or Na₂CO₃) and without special gases application. All materials prepared with H₃BO₃ flux exhibit LuBO₃ impurities that were quantified by Rietveld refinement. The flux and dopants does not considerably affect the crystalline structure of the C-Lu₂O₃ host matrix. Scanning electron micrographs suggest that Na₂CO₃ flux and nitrates precursors produce Lu₂O₃ particles of small size due to the gases evolution from the decomposition of these compounds. On the other hand, the materials prepared from oxides precursors have particles of large size and H₃BO₃ flux induces particle xi aggregation. The carbon used as the susceptor generates CO gas, leading to complete reduction of Tb^IV to Tb³⁺ and partial conversion of Pr^IV to Pr³⁺ present in the Tb₄O₇ and Pr₆O₁₁ precursors, as indicated by XANES. Persistent luminescence spectra of the materials show emission in the red/NIR, reddish orange and green ranges assigned to the 4f^N → 4f^N transitions characteristics of Pr³⁺, Eu³⁺ and Tb³⁺ ions, respectively. Differences between the spectra recorded under UV excitation and after ceased the irradiation can be explained by the predominant persistent luminescence emission of TR³⁺ ion in the S6 site rather than TR³⁺ in the C₂ site. In addition, inclusion of Hf^IV and Ca²⁺ codopants in the Lu₂O₃ host increases the emission intensity and duration of persistent luminescence due to generation of traps caused by charge compensation in the lattice as well as these metal ions in the Lu³⁺ sites. The photonic materials prepared by MASS method with H₃BO₃ flux show higher persistent luminescence performance than those prepared by the ceramic method or MASS without flux. The persistent luminescence mechanisms were developed through similar principles based on experimental data of band gap energy, energy level positions of TR^3+/2+ ions in the host and traps energy. This similarity confirms the consistency of the interpretation of experimental data for the Lu₂O₃:TR³⁺,M materials and encourages the expansion of similar models for other persistent luminescence materials. Color tuning of persistent luminescence in Lu₂O₃:TR³⁺,M (TR,M: Pr,Hf^IV; Eu,Ca²⁺ or Tb,Ca²⁺) provides potential applications in bioimaging as well as in solar cell sensitizers.