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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.75.2020.tde-23102020-100228
Document
Author
Full name
Renato Grigolon Capelo
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2020
Supervisor
Committee
Manzani, Danilo (President)
Franco, Douglas Faza
Mastelaro, Valmor Roberto
Varanda, Laudemir Carlos
Title in Portuguese
Síntese in-situ de nanocristais de calcogenetos (Te0, CdS) em vidros teluritos e fosfatos para aplicações em fotônica
Keywords in Portuguese
fotônica
guias de ondas planares
microfabricação
vidros teluritos
Abstract in Portuguese

O trabalho apresenta o estudo da redução do Te4+ para Te0 em vidros teluritos dopados com PbS e PbO/ZnS e busca induzir, de maneira controlada, este processo redox através da técnica de microfabricação fazendo uso de laser pulsado em escala de femtosegundos, com o objetivo final de produzir um guia de onda planar. As amostras de vidros teluritos foram sintetizadas variando a composição da matriz e a concentração de dopantes e suas propriedades térmicas e estruturais foram determinadas através de análises por diversas técnicas de caracterização, como a calorimetria exploratória diferencial (DSC), difratometria de raios X (DRX), espectroscopia de espalhamento Raman, microscopia eletrônica de transmissão (TEM), difração eletrônica de área selecionada (SAED) e espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS). Os vidros teluritos dopados com sulfetos apresentaram, na maioria das amostras, coloração marrom ou preta (efeito darkening). Após análises por espectroscopia Raman e SAED, constatou-se a presença de Te0 nas amostras, indicando que os íons S2- provocam a redução do Te4+ da matriz vítrea, causando o efeito darkening. O estudo do fenômeno da redução de telúrio na matriz vítrea torna-se muito importante e promissor, uma vez que a redução controlada de telúrio pode gerar alterações no índice de refração (guias de onda) e/ou escurecimento da amostra (armazenamento de dados e materiais fotossensíveis). Assim, a técnica de microfabricação com laser de femtosegundos foi utilizada em amostras transparentes a fim de realizar a redução localizada do Te4+ no volume do vidro. O trabalho investiga, ainda, a formação de quantum dots (QDs) de CdS em vidros oxifluoretos à base de fosfatos e suas respectivas propriedades fotoluminescentes. Espectros de absorção, emissão e excitação foram obtidos, e os resultados indicam a formação de QDs na matriz. No entanto, não foi possível, com os métodos empregados neste trabalho, controlar a formação e o crescimento dos QDs de CdS.

Title in English
In-situ synthesis of chalcogenides nanocristals (Te0, CdS) in tellurites and phosphates glasses for photonics applications.
Keywords in English
microfabrication
photonics
tellurite glasses
waveguides
Abstract in English

The work presents the study of the reduction of Te4+ to Te0 in tellurite glasses doped with PbS and PbO/ZnS and seeks to induce, in a controlled manner, this redox process through the microfabrication technique using a pulsed laser on a femtosecond scale, with the goal of produce a planar waveguide. The tellurite glass samples were synthesized by varying the matrix composition and the dopants concentration and their thermal and structural properties were determined through various characterization techniques, such as differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction (XRD), Raman scattering spectroscopy, transmission electron microscopy (TEM), selected area electronic diffraction (SAED) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The tellurite glasses doped with sulfides showed, in most samples, brown or black color (darkening effect). After analysis by Raman spectroscopy and SAED, the presence of Te0 in the samples was found, indicating that the S2- ions cause the Te4+ reduction in the vitreous matrix, causing the darkening effect. The study of tellurium reduction in the vitreous matrix becomes very important and promising, since the controlled reduction of tellurium can generate changes in the refractive index (waveguides) and/or darkening of the sample (data storage and photosensitive materials). Thus, the femtosecond laser microfabrication technique was used in transparent samples in order to achieve a localized reduction of Te4+ in the volume of the glass. The work also investigates the formation of quantum dots (QDs) of CdS in phosphate-based oxyfluoride glasses and their respective photoluminescent properties. Absorption, emission and excitation spectra were obtained, and the results indicate the formation of QDs in the matrix. However, it was not possible, with the methods employed in this work, to control the formation and growth of CdS QDs.

 
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Publishing Date
2020-10-27
 
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