Exportar este item: EndNote BibTex

Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/handle/tede2/8585
Tipo do documento: Dissertação
Título: Vidros dopados e co-dopados com Yb3+, Er3+ e Nd3+ para termometria óptica
Autor: TORQUATO, Francisco Alisson da Silva 
Primeiro orientador: DOUSTI, Mohammad Reza
Primeiro coorientador: OLIVEIRA, Rafael Alves de
Primeiro membro da banca: BERNARDEZ, Andréa Simone Stucchi de Camargo Alvarez
Segundo membro da banca: OCAS, Albert Stevens Reyna
Resumo: A termometria óptica baseada em níveis termicamente acoplados é uma técnica vantajosa se comparada ao uso de sensores térmicos de contato, sujeitos a forte interferência de cam-pos eletromagnéticos, bem como de pirômetros, que demonstram forte dependência da emissi-vidade do corpo em análise. Neste contexto, a atual dissertação estudou o desempenho de três vidros como sensores ópticos de temperatura utilizando a técnica de razão de intensidade da luminescência (RIL), sendo um deles codopados com Nd3+/Ce3+, outro com nanopartículas (NPs) de prata e érbio e o último com Er3+/Yb3+. As técnicas de caracterização utilizadas foram espectroscopia de fluorescência em função da temperatura, difratometria de raio-x, espectros-copia de absorção no UV-Vis e microscopia eletrônica de transmissão. Em vidros de zinco teluretos codopados com Er3+ e NPs de prata, nós confirmamos a presença de nanopartículas de Ag com tamanho médio de 12 nm ± 4 nm que contribuíram com o aumento significativo das emissões em todo espectro visível sob concentração de 1% em mol de AgCl. O aumento do campo local e da transferência de energia não-radiativa entre as NPs de Ag e o Er3+ são as principais justificativas para o aumento da luminescência. Neste caso, constatamos que as NPs de Ag elevaram a sensibilidade térmica absoluta (SA) máxima de 1,9410-3 K-1 para 2,7910-3 K-1 em 446 K. Já em vidros de tungstênio sódio fosfato codopados com Er3+/Yb3+, o aumento da concentração de PbF2 elevou a sensibilidade térmica relativa (SR) de 779,2/T2 (Amostra com 10% em mol de PbF2) para 1053,4/T2 (Amostra com 50% em mol de PbF2). Além disso, mais PbF2 levou a aumento contínuo da SA no intervalo de temperatura estudado. Isto porque o aumento de PbF2 reduziu o decaimento multifônon em direção ao nível 4F9/2 e favoreceu o aco-plamento térmico na amostra com 50% em mol de PbF2. Por fim, em análise comparativa entre uma vitrocerâmica de aluminosilicato e seu vidro precursor codopados com Ce3+/Nd3+, verifi-camos que RIL entre as transições 4F7/24I9/2 e 4F5/24I9/2 gera SR=1331/T2 na amostra vítrea. Adicionalmente, ao analisar as emissões do Nd3+ entre 850 nm-1500 nm em função da tempe-ratura, constatamos o surgimento de uma emissão em 1200 nm (4F5/2  4I13/2), entendido a partir do acoplamento térmico entre os níveis 4F5/2 e 4F3/2. Usando a RIL entre 4F5/2  4I13/2 e 4F3/2  4I11/2, alcançamos uma SA=3,110-4 K-1 em 450,15 K e uma SR = 1496,3/T2 na vitroce-râmica. Portanto, as três classes de vidro são candidatos promissores para a confecção de sen-sores térmicos com suas respectivas mudanças de composição química e tratamento térmico.
Abstract: The optical thermometry based on thermally coupled levels has proven to be an advantageous technique when compared to the use of thermal contact sensors, which undergo strong interference from electromagnetic fields, as well as pyrometers, which show a strong depend-ence on the emissivity of the body under analysis. In this context, the current dissertation stud-ied the performance of three glasses doped with ytterbium, erbium, and neodymium as thermal sensors through the luminescence intensity ratio (LIR) technique. The glass samples were char-acterized by temperature-dependent fluorescence spectroscopy, x-ray diffractometry, UV-Vis absorption spectroscopy, and transmission electron microscopy. In Er3+/ Ag nanoparticles cod-oped zinc telluride glasses, we confirmed the presence of Ag nanoparticles with an average size of 12 nm ± 4 nm that contributed to a significant increase in emissions in the entire visible spectrum at a concentration of 1% mol of AgCl. The increase in the local field and the transfer of non-radiative energy between Ag NPs and Er3+ are the main reasons for the increase in lu-minescence. In this case, the presence of Ag NPs enhanced the maximum of absolute sensitivity from 1.9410-3 K-1 (Ag-free) to 2.7910-3 K-1 (1% mol AgCl) at 446 K. In Er3+/Yb3+- codoped tungsten sodium phosphate glass, the increase in the PbF2 concentration raised the relative sen-sitivity (SR) from 779.2/T2 (10% mol PbF2) to 1053.4/T2 (50% mol PbF2). Furthermore, more PbF2 led to a continuous increase in SA in the studied temperature range. This improvement can be justified by the increase in PbF2 reducing the multiphoton decay toward the 4F9/2 level and favoring thermal coupling. Finally, in a comparative analysis between a Ce3+/Nd3+- codoped aluminosilicate glass-ceramic and glass, we verified that the LIR between the 4F7/24I9/2 and 4F5/24I9/2 transitions have generated SR=1331/T2 in the glass sample. Furthermore, when an-alyzing the emissions of the Nd3+ between 850 nm- 1500 nm as a function of temperature, we have verified an enhancement in the emission at 1200 nm (4F5/2  4I13/2), probably as a conse-quence of thermal coupling between the 4F5/2 and 4F3/2 levels. Using the LIR between 4F5/2  4I13/2 and 4F3/2  4I11/2, we reached SA=3,110-4 K-1 at 450.15 K and SR = 1496.3/T2 in alumi-nosilicate glass-ceramic sample. Therefore, the three glass classes are promising candidates for developing the thermal sensors with their respective changes in chemical composition and heat treatment.
Palavras-chave: Termometria óptica
Nanopartícula
Razão de luminescência
Vidro
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal Rural de Pernambuco
Sigla da instituição: UFRPE
Departamento: Unidade Acadêmica do Cabo de Santo Agostinho
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Física
Citação: TORQUATO, Francisco Alisson da Silva. Vidros dopados e co-dopados com Yb3+, Er3+ e Nd3+ para termometria óptica. 2021. 113 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Física) - Universidade Federal Rural de Pernambuco, Cabo de Santo Agostinho.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/handle/tede2/8585
Data de defesa: 9-Jul-2021
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Física

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
Francisco Alisson da Silva Torquato.pdfDocumento principal4,24 MBAdobe PDFBaixar/Abrir Pré-Visualizar


Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.