Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.59.2022.tde-09062022-132131
Documento
Autor
Nome completo
Roberta Silva Pugina
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Ribeirão Preto, 2022
Orientador
Banca examinadora
Caiut, José Maurício Almeida (Presidente)
Constantino, Vera Regina Leopoldo
Gonçalves, Rogéria Rocha
Ribeiro, Sidney José Lima
Título em inglês
Ln3+:YAG obtained via spray pyrolysis - particles and fibroinbased compounds, and its photonic applications
Palavras-chave em inglês
Luminescence spectroscopy
Random laser
Thermometry
Resumo em inglês
Advances in photonics are related to obtaining new materials and nanostructured systems, as well as studying non-linear effects. In this sense, laser emission resulting from the confinement of light in a disordered structure is a promising field of research, as well as the development of optical thermometers and materials that can be applied as anti-counterfeiting devices, among others. In this work, YAG (Yttrium Aluminum Garnet, Y3Al5O12) spheres doped with different lanthanide ions were obtained via spray pyrolysis, a methodology that provides high yield and can be used for large-scale production, without generating byproducts, and offering the advantage of not introducing impurities into the final product, since there is no external contact with the precursors, and each drop constitutes a homogeneous mini reactor that has the same chemical composition as the initial solution. During the synthesis and even after heat treatment at 1100 °C, the particles did not coalesce. All characterizations confirmed that the YAG phase was obtained in the presence of lanthanide ions (Nd3+, Yb3+/Er3+ or Yb3+/Tm3+), which had their spectroscopic properties analyzed and explored for photonic applications. The Nd3+:YAG particles were studied for their emissions in disordered environments, Yb3+/Er3+:YAG were intended for studies at different temperatures, while in the Yb3+/Tm3+:YAG systems the characteristic blue-emission was observed, which makes this material a possible candidate for an anti-counterfeiting device. Furthermore, aiming for biological applications, these particles were added to silk fibroin which is a biocompatible matrix that allows the insertion of different ions, molecules or nanoparticles; that shows good suitability in optical systems, mainly due to high transparency (> 95%) throughout the visible region of the spectrum; that is mechanically robust and moldable in the form of films, wires and particles. In the case of SF-Yb3+/Er3+:YAG and SF-Yb3+/Tm3+:YAG composites, the same behavior observed in the particles was also observed in the film form.
Título em português
YAG:Ln3+ obtidos via pirólise de aerossol - partículas e compostos à base de fibroína e suas aplicações fotônicas
Palavras-chave em português
Espectroscopia de luminescência
Laser aleatório
Termometria
Resumo em português
Os avanços na área da fotônica estão intimamente relacionados à obtenção de novos materiais e sistemas nanoestruturados, bem como ao estudo de efeitos ópticos não-lineares. Neste sentido, a emissão laser em ambiente aleatório é um promissor campo de pesquisa, assim como o desenvolvimento de termômetros óticos e de materiais possíveis de serem aplicados como dispositivos anti-falsificação, entre outros. Visto isto, neste trabalho, esferas de YAG (Ítrio Alumínio Garnet, Y3Al5O12) dopadas com diferentes íons lantanídeos foram obtidas via pirólise de aerossol, uma metodologia que proporciona alto rendimento e pode ser empregada para produção em larga escala, não gerando subprodutos, e oferecendo a vantagem de não introduzir impurezas no produto final, uma vez que não há contato externo com os precursores, e cada gota constitui um mini reator homogêneo que possui a mesma composição química da solução inicial. Durante a síntese e, mesmo após tratamento térmico a 1100 °C, as partículas não coalesceram. Todas as caracterizações confirmaram que a fase YAG foi obtida na presença dos íons lantanídeos (Nd3+, Yb3+/Er3+ ou Yb3+/Tm3+), que tiveram suas propriedades espectroscópicas analisadas e exploradas visando aplicações fotônicas. As partículas de YAG:Nd3+ foram estudadas quanto à suas emissões em ambientes desordenadas, já as partículas de YAG:Yb3+/Er3+ foram destinadas à estudos em diferentes temperaturas, enquanto nos sistemas YAG:Yb3+/Tm3+ foi observado a emissão caraterística no azul, o que torna este material um possível candidato à dispositivo anti-falsificação. Além disto, visando aplicações biológicas, estas partículas foram adicionadas à fibroína da seda, uma matriz biocompatível que permite a inserção de diferentes íons, moléculas ou nanopartículas; apresenta boa adequação em sistemas ópticos, devido, principalmente, a elevada transparência (> 95%) em toda a região visível do espectro; é mecanicamente robusta e modelável na forma de filmes, fios ou partículas. No caso dos compósitos SF-YAG:Yb3+/Er3+ e SF-YAG:Yb3+/Tm3+, os mesmos comportamentos observados nas partículas foram constatados também na forma de filme.
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Data de Publicação
2022-06-15