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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.76.2006.tde-18062014-104000
Document
Author
Full name
José Fernando de Lima
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2006
Supervisor
Committee
Magon, Claudio Jose (President)
Azevêdo, Eduardo Ribeiro de
Graeff, Carlos Frederico de Oliveira
Ribeiro, Sidney José Lima
Walmsley, Lygia Christina de Moura
Title in Portuguese
Ressonância paramagnética eletrônica pulsada em sistemas vítreos e amorfos
Keywords in Portuguese
Ressonância magnética
RPE pulsada
Vidros
Abstract in Portuguese
A investigação estrutural de materiais desordenados tem grande interesse devido ao rápido progresso de suas aplicações tecnológicas. A ressonância magnética, particularmente a ressonância paramagnética eletrônica (RPE) de onda contínua (CW) e pulsada, tem demonstrado ser um método altamente sensível para a análise das propriedades físicas e químicas de materiais vítreos e amorfos. Neste trabalho, aplicamos essas técnicas, em particular as técnicas de RPE pulsada, electron spin echo envelope modulation (ESEEM) com seqüências de dois e três pulsos e a de echo detected field sweep (EDFS) no estudo de três materiais distintos. No primeiro trabalho é apresentado um estudo das mudanças estruturais fotoinduzidas em filmes do sistema vítreo [Sb(PO3)3]nSb203 dopados com Cu2+.Esse material possui a propriedade de fotocontração quando exposto à luz ultravioleta. As medidas de RPE CW e de EDFS mostram que ocorre uma distorção na estrutura local quando o filme é irradiado por UV. Os espectros de ESEEM mostram a presença e uma linha de 31P que diminui drasticamente quando o filme é irradiado. O segundo trabalho descreve o estudo do xerogel pentóxido de vanádio, V2O3:nH2O com n = 1.8. Os espectros de RPE CW do V4+ na temperatura ambiente exibem uma estrutura hiperfina isotrópica tipicamente observada em líquidos. Em baixas temperaturas (65K) o espectro é anisotrópico e corresponde ao observado para amostras sólidas em pó. As simulações dos espectros CW estão em acordo com os resultados experimentais. Estudos de ESEEM em baixas temperaturas, efetuados para diversos valores do campo externo mostram que as modulações correspondentes aos núcleos 1 H existem somente para as componentes perpendiculares do espectro de ii EDFS. Os resultados obtidos são consistentes com o modelo estrutural no qual quatro radicais OH estão situados em posições equivalentes no plano equatorial da estrutura do V4+. Uma molécula de água pode estar localizada no sitio oposto da ligação axial V=0. No terceiro trabalho são estudados vidros foto-termo-refrativos (phototherino - refractive ou PTR). Vidros PTR do sistema O-Si-Na-Zn-Al-K-F-Br dopados com Ce, Ag, Sn, Sb exibem cristalização em nano-escala, induzidas após irradiação com luz ultravioleta e subseqüentes tratamentos térmicos. Neste trabalho, conjuntos de amostras irradiadas e/ou tratadas termicamente são analisados por RPE CW, EDFS e ESEEM. RPE CW não forneceu informações confiáveis sobre a estrutura do vidro. Mudanças significativas foram observadas nos espectros de EDFS, indicando mudanças estruturais na vizinhança dos centros paramagnéticos. Medidas sistemáticas de ESEEM em várias posições de campo magnético mostram claramente a modulação característica de 23Na, indicando que núcleos de Na são parte da estrutura ligante ao redor do centro observado. Para a amostra irradiada e tratada por 1 hora a 450°C e 2 horas a 520°C, o espectro de ESEEM obtido nas proximidades de g = 2 mostra a presença adicional de uma linha que pode ser atribuída a íons de 19F. Comparando-se com resultados de RMN, pode-se concluir que domínios de NaF são formados nas proximidades desse centro paramagnético. O quarto trabalho está relacionado com a simulação numérica de espectros de RPE CW e consiste em um estudo teórico a respeito da determinação dos autocampos de um Hamiltoniano de spin. O algoritmo proposto pode ser resolvido pelo "Filter Diagonalization Method", ou FDM, sugerindo uma nova metodologia capaz de resolver o problema de uma maneira mais direta do que a empregada pelos métodos usuais
Title in English
Pulsed electron paramagnetic resonance of vitreous and amosphous materials
Keywords in English
Amorphous
ESEEM
Glass
Magnetic resonance
Pulsed EPR
Pulsed ESR
Abstract in English
The structural investigation of disordered materiais has been of great interest due to fast progress in technological applications. Magnetic resonance, particularly the pulsed and continuous wave electron paramagnetic resonance (EPR), has demonstrated to be a high sensibility method to analyze chemical and physical properties of disordered and vitreous materiais. In this work, we applied these techniques, particularly the electron spin echo envelope modulation (ESEEM) with two and three pulses and echo detected field sweep (EDFS) to investigate three different materiais. In the first investigation, we show a study of photo-induced structural changes in the [Sb(PO3)3]nSb203 vitreous system films doped with Cu2+ ions. This material has photo-contraction properties when exposed to UV light. EPR CW and EDFS measurements show that the local structure is distorted when the fim is UV irradiated. The ESEEM spectra show the presence of a 31P line that vanishes for irradiated films. The second work describes the study of vanadium pentoxide xerogel V205: nH2O with n = 1.8. The CW EPR spectra of V4+ at room temperature exhibts the isotropic hyperfine structure typical of liquid phases. At low temperatures (65 K) the spectrum is anysotropic, as expected for solid powder samples. Numerical simulations of the EPR spectra in the two temperature limits are in good agreement with the experimental data. An ESEEM study carried out at low temperatures and for different static field values show that the nuclear modulations associated to 1H nuclei are observable only for the perpendicular components of the EDFS spectrum. Results are consistent with the structural model in which the four OH radicals are placed in iv equivalent positions of the V4+ structure equatorial plane. A water molecule can be placed in the opposite site of the axial V=O bond. In the third work, CW and pulsed EPR spectroscopy techniques were applied to study the effects of the thermal treatments and UV irradiation on photo-thermorefractive (PTR) glasses. PTR glasses of the system 0-Si-Na-Zn-Al-K-F-Br doped with Ce, Ag, Sn, Sb exhibit NaF crystallization at nano-scale, induced after U.V. irradiation and subsequent thermal treatments. Sets of irradiated and/or thermal treated samples were analyzed at the X-band by CW and pulsed techniques, such as EDFS and ESEEM. The forth work is related to the numerical simulation of CW EPR spectra and reports a new technical approach to the resonance field problem associated with a given spin hamiltonian. The proposed alghoritm can be solved by the "filter diagonalization method" (PIM), suggesting a new methodology, which is capable to solve the problem in a more straightforward way when compared to existing methods
 
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Publishing Date
2014-06-25
 
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