52º CBQ - ESTUDO E FORMULAÇÃO DO PIGMENTO CERÂMICO FOSFORESCENTE BaAl1,7B0,3O4 DOPADO COM Eu2+ e Dy3+

ÁREA: Materiais

TÍTULO: ESTUDO E FORMULAÇÃO DO PIGMENTO CERÂMICO FOSFORESCENTE BaAl1,7B0,3O4 DOPADO COM Eu2+ e Dy3+

AUTORES: Frota, R.E.G. (IFES) ; Della, V.P. (IFES) ; Spinelle, A. (UNIR) ; Silva, R.S. (UFS)

RESUMO: Neste estudo o pigmento cerâmico BaAl1,7B0,3O4 dopado com Eu2+ e Dy3+ foi sintetizado pelo método dos precursores poliméricos, ou método Pechini. Amplamente utilizado para a produção de materiais cerâmicos, através deste método são produzidos pós de tamanhos homogêneos, cristalinos, puros e com isso é possível garantir um produto de boa qualidade e com elevada reprodutibilidade. Para avaliar as propriedades do pigmento sintetizado foram utilizadas técnicas de difração de raios X, fotoluminescência e tempo de Vida e microscopia eletrônica de varredura. Através do emprego destas técnicas e da realização das análises mencionadas obteve-se um pigmento fosforescente com propriedades adequadas para o uso na indústria cerâmica.

PALAVRAS CHAVES: pigmentos cerâmicos; luminescência; terras raras

INTRODUÇÃO: Pigmentos cerâmicos são substâncias inorgânicas coloridas que possuem uma estrutura cristalina bem definida e que apresentam alta estabilidade térmica e química a altas temperaturas (~1200ºC). Dentro da indústria cerâmica são comumente utilizados para colorir bases vítreas. Dentro do ramo destes materiais, destacam-se aqueles com atividade fosforescente, ou seja, aqueles que absorvem luz de longo comprimento de onde e a emitem depois da excitação por um longo tempo (HEINE; VÖLZ; 1998). Produzidos sinteticamente via métodos termoquímicos, os pigmentos cerâmicos fosforescentes apresentam como vantagens, elevado grau de pureza, boa estabilidade física e química e homogeneidade granulométrica, além de um bom rendimento colorífico, resistência a ambientes agressivos ácidos e básicos e elevada eficiência quântica. Nos últimos anos tem aumentado o número de estudos e desenvolvimentos de aluminatos de metais alcalinos terrosos dopados com terras raras isso devido às excelentes propriedades como estabilidade físico-química, elevada eficiência quântica, além de não serem tóxicos. A elevada eficiência quântica observada nesses materiais decorre da redução de íons R3+ para R2+ na matriz do cristal. E podem ser mais brilhantes quando um segundo dopante é adicionado. No caso deste projeto teremos como dopante o európio e co-dopante o disprósio e a matriz do pigmento é BaAl1,7B0,3O4. Com o objetivo de avaliar a elaboração de novos materiais iniciou-se o estudo da síntese e formulação do pigmento cerâmico fosforescente BaAl1,7B0,3O4:Eu Dy. O desenvolvimento desta pesquisa representou uma inovação na produção desse tipo de pigmento no Brasil, uma vez que a maioria dos pigmentos fosforescentes utilizados pelas indústrias é importada da Espanha e Alemanha.

MATERIAL E MÉTODOS: Para a síntese das quatro amostras produzidas de BaAl1,7B0,3O4 dopado com Eu2+ e Dy3+, pelo método de Pechini. Foram utilizados na síntese uma balança analítica, chapa de aquecimento com agitação magnética, fornos com sistema de exaustão e com atmosfera controlada, béqueres, pipetas volumétricas,pistilo e almofariz de ágata, barca de platina. Os reagentes utilizados foram: C6H8O7 (Nuclear, 99%), Ba(C2H3O2)2 (Sigma Aldrich, 99%), AlCl3.6H2O(Vetec, 99,5%), H3BO3( Nuclear, 99%), Eu(NO3)3.6H2O(Aldrich, 99,99%), Dy(NO3)3.5H2O(Aldrich, 99,99%), NH4OH(Synth, 27%). As formulações sintetizadas fora: Ba0,99Eu0,01Al1,7B0,3O4, Ba0,98Eu0,01Dy0,01Al1,7B0,3O4,Ba0,97Eu0,01Dy0,02Al1,7B0,3O4, Ba0,97Eu0,02Dy0,01Al1,7B0,3O4,foram obtidos 10g de pigmento de cada uma destas formulações. A identificação das fases cristalinas presentes foi realizada através da técnica de difratometria de raios X (DRX). O equipamento utilizado foi um difratômetro Brunker, modelo D2 Phaser. As análises de fotoluminescência e tempo de vida utilizaram o espectrofluorímetro, modelo ISS PC1, com lâmpada de xenônio de 300W, monocromador e espectrômetro de alta resolução HR 2000 da Ocean Optics. A caracterização microestrutural do pigmento foi feita através da técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV) utilizando um microscópio JEOL, modelo JSM 6510 com detector de elétrons secundários.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Neste tipo de estrutura a rede formada é tetraédrica e há locais adequados a inclusão de cátions grandes como os de bário. Os íons de boro influenciam na diminuição em até 200ºC da temperatura de síntese de aluminatos (RUIZ-GONZÁLES et al, 2002). Os dopantes Eu2+ e Dy3+ são bastante conhecidos por serem usados como ativador e prolongador, respectivamente, em materiais fosforescentes (MARCHAL, et al., 2003; CHENG et al., 2011). Para o pigmento emitir luminescência foi necessário a redução do íon Eu3+ para o íon Eu2+ a qual ocorreu em atmosfera redutora com a mistura gasosa 95%N2(g) + 5%H2(g), (BLASSE et al., 1968; ZHANG et al., 2009). O pigmento obtido apresentou-se branca a luz visível e esverdeada em luz ultravioleta e no escuro. A fase cristalina formado para todas as amostras analisadas foi o aluminato de bário (BaAl2O4) hexagonal (JCPDS 00-017-0306) conforme descrito na literatura (POORT, BLOKPOEL e BLASSE, 1995; MOTHUDI, et al., 2009; RODRIGUES et al., 2010; SUN E ZHAO, 2011). O pigmento emitiu luz no visível na faixa de comprimentos de onda de 430 a 500 nm correspondente a cor azul; e de 500-570 nm correspondente a cor verde, conforme a literatura (LOPES et al., 2001). Todas as amostras de BABO são fosforescentes, pois esse tipo de emissão acontece em períodos superiores a 10-5s e permanece ativa por vários minutos após a irradiação cessada, conforme a literatura. À medida que o disprósio é inserido nas formulações ocorre à diminuição do tamanho dos poros, isso porque o Dy3+ é um facilitador para a difusão do Eu2+ e a adição destes íons em aluminatos provoca a diminuição da quantidade de poros e o crescimento dos grãos. Isso explica o porquê das microestruturas que continham Dy3+ na composição, apresentaram melhores propriedades óticas (Luo, Cao e Xiao 2006).

CONCLUSÕES: Os pigmentos foram sintetizados com sucesso, as quatro formulações apresentaram fosforescência de longa duração. Apresentando luminescência na faixa de comprimento de onda de 430 a 570nm, referente à emissão correspondendo as cores azul e verde, tanto quando exposto a lâmpada ultravioleta como no escuro. As amostras também se excitam pela exposição à luz visível. A escolha pelo método de síntese de Pechini é uma boa opção para obter aluminatos de bário a temperaturas mais baixas (1100ºC), o que é interessante para a Indústria Cerâmica.

AGRADECIMENTOS: A FAPES, o CNPQ, UFS, IFES para que esse trabalho fosse realizado com sucesso.

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