O desenvolvimento da Fotônica, área da ciência dedicada a estudar fenômenos ópticos, como geração, manipulação, transporte e detecção da luz, e que possui o fóton como unidade básica, depende do preparo de novos materiais e compreensão da interação luz matéria. O marco inicial deu-se pela construção do primeiro laser de rubi em 1969 por Theodore Maiman e a partir de então, o rápido desenvolvimento permitiu a produção de displays, leitores, processadores de dados, terapias médicas, entre tantos outros dispositivos; no entanto, muito ainda pode-se avançar. Este trabalho tem seus objetivos diretamente inseridos no campo da Fotônica e visa a síntese, caracterização morfológica, estrutural e espectroscópica de partículas esféricas de rubi a partir da pirólise de aerossol, uma metodologia facilmente escalonável do laboratório à indústria; além da produção de filmes compósitos a partir das partículas e fibroína de seda. Os resultados obtidos foram avaliados em função da concentração de íons dopantes e da temperatura de tratamento térmico e estudou-se as propriedades espectroscópicas dos materiais visando a aplicação em laser randômico e termometria. Diferentes técnicas de caracterização foram utilizadas, e confirmaram a formação de partículas esféricas de alumina policristalinas dopadas com íons Cr3+, seja nas fases γ ou α-Al2O3. A caracterização espectroscópica destacou a influência do campo cristalino sobre o íon cromo, confirmando mudanças no ambiente de coordenação do íon a partir das colorações distintas para as diferentes fases da alumina. Na α-Al2O3, a intensa emissão no vermelho, resultado da transição 2E → 4A2 na região de 693 nm, com os desdobramentos referentes às linhas-R do rubi, foi caracterizada, e esta emissão foi foco de estudo para o desenvolvimento de materiais fotônicos. O estudo teórico da emissão laser em ambiente randômico determinou a energia de limiar laser em 5,9 J/cm2. Estudos espectroscópicos de fotoluminescência em função da temperatura confirmaram que apensar da pequena diferença energética de ~30 cm-1 entre os subníveis, as partículas de rubi possuem sensibilidade térmica relativa comparável a outros materiais descritos na literatura, habilitando-as a serem utilizadas como termômetros luminescentes em temperatura criogênica, ou mesmo, em temperatura próximo à ambiente.

The development of Photonics, an area of science dedicated to studying optical phenomena, such as generation, manipulation, transport, and detection of light, and which has the photon as its basic unit, depends on the preparation of new materials and the understanding of the light-matter interaction. The initial milestone was given by the construction of the first ruby laser in 1969 by Theodore Maiman and from then on, the rapid development allowed the production of displays, scanners, data processors, medical therapies, among many other devices; however, there is still a lot to go forward. This work has its objectives directly inserted in the field of Photonics and aims at the synthesis, morphological, structural, and spectroscopic characterization of spherical ruby particles from aerosol pyrolysis, an easily scalable methodology from laboratory to industry; in addition to the production of composite films from particles and silk fibroin. Different characterization techniques were used and confirmed the formation of spherical particles of polycrystalline alumina doped with Cr3+ ions, either in the γ or α-Al2O3 phases. The spectroscopic characterization evidenced the influence of the crystalline field on the chromium ion, confirming changes in the ion coordination environment from the distinct colors for the different phases of the alumina. At the α-Al2O3, the intense red emission resulting from the 2El → 4A2 transition in the region of 693 nm, with the splitting referring to the R-lines of ruby, was characterized, and this emission was the focus of study for the development of photonic materials. The theoretical study of laser emission in a random environment determined the laser threshold energy at 5.9 J/cm2. Spectroscopic studies of photoluminescence as a function of temperature confirmed that despite the small energy difference of ~30 cm-1 between sublevels, ruby particles have a relative thermal sensitivity comparable to other materials described in the literature, enabling them to be used as luminescent thermometers at cryogenic temperature, or even close to room temperature.