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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.59.2020.tde-05102020-085605
Document
Author
Full name
João Marcos Gonçalves
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2020
Supervisor
Committee
Caiut, José Maurício Almeida (President)
Cebim, Marco Aurélio
Gonçalves, Rogéria Rocha
Lima, Sérgio Antonio Marques de
Nalin, Marcelo
Rocha, Lucas Alonso
Title in Portuguese
Síntese e caracterização de nanocristais de LiYF4 dopados com lantanídeos e suas aplicações em nanotermometria
Keywords in Portuguese
Lantanídeos
Luminescência
Nanopartículas luminescentes
Termometria
Termômetros luminescentes
Abstract in Portuguese
A temperatura é um fator chave para a descrição de diversos fenômenos e sistemas, e a miniaturização de diversos tipos de tecnologia torna necessária sua aferição em escala nanométrica. As atuais técnicas de medição de temperatura possuem a limitação espacial à escala de poucos micrômetros, por esse motivo nanopartículas têm sido abordadas para atingir a leitura de temperatura até a escala nanométrica. Íons lantanídeos possuem estados excitados termicamente acoplados, ou seja, a população relativa destes níveis está diretamente ligada à temperatura em que o sistema se encontra, fazendo com que sejam ideais para termômetros. A matriz utilizada neste trabalho, o LiYF4, é conhecida por possuir uma baixa energia de fônons que, associada à dopagem com íons lantanídeos, é capaz de gerar propriedades espectroscópicas úteis para a termometria. Neste trabalho foram utilizadas duas dopagens distintas; a primeira com Eu3+, cuja emissão oriunda dos estados excitados 5D0 e 5D1 são observáveis nesta matriz e possuem dependência com a temperatura, e a segunda com o par Yb3+/Er3+ que apresentam emissão na região do visível a partir da excitação no infravermelho. As amostras contendo Eu3+ mostraram-se excelentes termômetros luminescentes no estado sólido sob excitação em 392 nm, com sensibilidade relativa 2,789 ± 0,001 %.K-1 a 300 K e incerteza da temperatura de 0,12 K. Já as nanopartículas dopadas com o par Yb3+/Er3+ se mostraram termômetros tanto em dispersões hidrofóbicas quanto em água, com sensibilidade relativa da ordem de 1,24 %.K-1 a 300 K, a depender da concentração de dopantes no sistema, ao analisar a incerteza da temperatura, melhorias no sistema ainda são necessárias. Foi proposta e estudado a inclusão de nanopartículas de ouro a superfície dos fluoretos, com uma possível rota de geração de calor localizada, visando fins de terapia fototérmica, entretanto tal aquecimento não foi observado.
Title in English
Synthesis and characterization of lanthanide-doped LiYF4 nanocrystals and their nanothermometry applications
Keywords in English
Lanthanides
Luminescence
Luminescent nanoparticles
Luminescent thermometers
Thermometry
Abstract in English
Temperature is a key fator to describe several phenomena and systems, and miniaturization of several types of technology makes its measurement needed in the nanoscale. Current techniques to measure the temperature have a scale limitation of a few micrometers, for this reason, nanoparticles have been explored to achieve temperature reading in the nanoscale. Lanthanide ions have thermally coupled excited states, i.e. their population is directly dependent of the temperature in which the system is immersed, making them ideal for thermometers. The host used in this thesis, LiYF4, is known to possess low phonon energy which, associated with lanthanide doping, is capable of producing useful spectroscopic properties for thermometry. In this work, two different dopings were used; the first being Eu3+, in which emissions from the 5D1 and 5D0 are observed in this host and have temperature dependency, and the second the Yb3+/Er3+ pair which present visible emission through infrared excitation which are temperature dependent. The samples containing Eu3+ showed great temperature readout in solid state under 392 nm excitation, with relative thermal sensitivity of 2.789 ± 0.001 %.K-1 at 300 K and temperature uncertainty of 0.12 K. The Yb3+/Er3+ codoped particles also showed temperature readout in water and organic solvent dispersions, with thermal sensitivity in the 1.24 %.K-1 at 300 K range, depending on the dopant concentration and high temperature uncertainty, which shows that this systems needs improvement. Also, it was proposed and studied that the inclusion of gold nanoparticles at the surface of the fluoride particles could be a way to generate localized heating, which was not observed.
 
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Release Date
2022-10-05
Publishing Date
2020-11-20
 
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