ISBN 978-85-85905-10-1
Área
Materiais
Autores
Aguiar, G.S. (UFT) ; Coelho, D.M.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS - UFT) ; Silva, J.E.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS - UFT) ; Scarpari, S.L. (UNESP - ARARAQUARA) ; Rosa, I.L.V. (UFSCAR) ; Junior, S.A. (UFPE) ; Lemos, F.C.D. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS - UFT)
Resumo
O Titanato de estrôncio (ST) tem sido extensivamente estudado nos últimos anos. O ST puro não apresenta propriedade luminescente, no entanto quando dopado com terras raras são considerados promissores na utilização de dispositivos fotônicos, como por exemplo, em monitores de tela plana devido a sua elevada estabilidade química. Este trabalho visou à obtenção de ST, puro e dopado com 1% de európio (STEu), bem como observar o comportamento luminescente de acordo com a temperatura de tratamento térmico. Os pós obtidos apresentaram-se cristalinos e monofásicos. A partir da análise dos espectros de emissão do íon Eu3+, observou-se uma possível alteração estrutural. Devido os materiais poderem ser excitados na região do UV, são promissores na aplicação de dispositivos fotônicos.
Palavras chaves
Titanato de estrôncio; Luminescência; Método Pechini
Introdução
As propriedades espectroscópicas dos íons terras raras em diferentes retículos hospedeiros levaram ao desenvolvimento de materiais luminescentes para uma variedade de aplicações, inclusive fósforos para lâmpadas, fósforos tubo de raios catódicos, monitoramento de radiações, lasers, cintiladores e diodos emissores de luz (LEDs) (FU, J., et al. 2010) ( JIANG, C., et al. 2009). Recentemente foi investigada a fotoluminescência de materiais incluindo lantanídeos que têm orbitais 4f incompletos como aplicativos para dispositivos ópticos. Óxidos com uma lacuna de banda larga têm sido amplamente considerados como fase mãe dos materiais, que podem ser utilizados como dispositivos optoeletrônico e monitor de tela plana para substituir as substâncias fosforescentes de sulfetos tradicionais. Devido o ST não mostrar nenhuma transição de fase à temperatura ambiente e por apresentar uma banda larga na região UV (Eg = 3,2 eV), a fabricação e propriedades ópticas do ST dopando com terras raras estão sendo cada vez mais estudados (FUJISHIRO, F., et al., 2011). Neste trabalho objetivamos a obtenção dos pós de STEu a partir de um método químico, por tratar de um processo relativamente simples, que possibilita um controle tanto a estequiometria como o tamanho dos cristalitos em temperaturas relativamente baixas os quais proporcionam melhores aplicações tecnológicas e avaliar a influência da temperatura de tratamento térmico no comportamento luminescente dos materiais obtidos.
Material e métodos
Para a obtenção dos materiais utilizou-se o método sol gel proposto por Pechini (PECHINI, 1967), devido possibilitar um melhor entendimento dos processos químicos bem como um melhor controle da estequiometria. Os cálculos estequiométricos, obedeceram a relação ABO3 e A2-3x/2EuxBO3, para o material puro e dopado, respectivamente. Como reagentes utilizou-se acetato de estrôncio (Sigma Aldrich 97%), isopropóxido de titânio (Sigma Aldrich 97%), acetato de európio (III) (Sigma Aldrich 99,9 %), ácido cítrico (Merck 99,5%) e etileno glicol (Merck 99,5%). Iniciou-se pela dissolução do isopropóxido de Titânio em solução de ácido cítrico, seguida da adição de solução de citrato de estrôncio e de európio separadamente. Os citratos metálicos foram obtidos a partir de cálculos obedecendo a relação molar de metal-ácido cítrico de 1 : 3. A mistura reacional foi mantida sob agitação e aquecimento (∼90 ºC) até a redução do volume (∼1/2 volume inicial) e adicionado etilenoglicol em razão mássica de 60/40 em relação ao ácido cítrico. A polimerização resultou em soluções homogêneas que foram posteriormente pré-calcinadas a 300 ºC, desagregadas e realizado tratamentos térmicos a 700 e 900 °C/ 2h. Os pós foram caracterizados através das técnicas de difração de raios X (DRX), utilizando-se um difratômetro Siemens D5000, com radiação CuKα e um monocromador de grafite com faixa para 2θ de 20 a 75º. Para obtenção dos espectros na região do UV-visível foi utilizado um espectrofotômetro CARRY, modelo 5G da Varian, no modo de reflectância difusa na faixa de 300 a 800 nm. Os espectros de emissão foram obtidos através um espectrofluorimetro FLUOROLOG3 ISA/Jobin-Yvon equipado com uma fotomultiplicadora Hamamatsu R928P e fosforímetro SPEX 1934 D com lâmpada de xenônio de 150 W.
Resultado e discussão
A análise dos difratogramas dos materiais obtidos, baseado no Inorganic Centre
Structure Database (ICSD códigos 23076 e 201256), indica que as amostras são
cristalinas, monofásicas e apresentam fase cúbica. O ST, na sua forma
cristalina, apresenta um comportamento semicondutor e quando na forma pura é
excitado pela radiação acima do seu intervalo de banda de energia, o “gap”, em
3,2 eV na região do UV-visível. Neste trabalho os cálculos do gap ótico foram
realizados utilizando a equação de Wood-Tauc (WOOD, D. L. e TAUC, J., 1972) e o
coeficiente de absorção foi determinado pelo modelo desenvolvido por KUBELKA, P.
e MUNK, F. Z., 1931 apud SIMON, K. e TRACHSLER, B, 2003. No presente trabalho o
gap do ST puro está de acordo com a literatura e para o STEu, não houve uma
mudança significativa, visto que o valor calculado foi de 3,17 eV. A partir dos
dados de emissão, a temperatura ambiente, com excitação a 395 nm, foi observada
bandas de transição do estado excitado 5D0 para os níveis
7FJ (J = 0, 1– 4) (Figura 1). Onde a transição T3 é mais
intensa no material tratado a 700 ºC enquanto que a transição T2 é mais intensa
para o material tratado a 900 ºC. No nosso trabalho a banda transição T3 é
predominante no material tratado a 700 ºC e segundo BATTISHA, I.K., et al. 2002,
o aumento da intensidade desta transição é atribuída a forte distorção no sítio
do íon Eu (III). De acordo com FUJISHIRO, F., et al., 2011, a predominância da
transição T2 é observada quando o íon Eu (III) substitui o Sr (II) em titanatos
do tipo ST, como que foi observado no material tratado a temperatura mais alta,
sugerindo, também, um rearranjo estrutural.
Transições de estado com os respectivos comprimentos de onda.
Conclusões
O método Pechini mostrou ser um processo eficiente na preparação do ST e STEu a baixa temperatura. Não houve variação detectável do sistema de emissão em função da temperatura, no entanto, em relação à estrutura, observou-se uma possível reorganização estrutural com o aumento da temperatura de tratamento. Devido os pós de STEu poder ser excitados na região do UV, são promissores na aplicação de dispositivo fotônicos. O projeto, ainda em fase de acabamento, está sendo desenvolvido no laboratório do curso de Química da UFT – Araguaína na modalidade PIBIC.
Agradecimentos
Ao CNPq, Universidade Federal do Tocantins, Departamento de Química Fundamental da UFPE, CMDMC–UFSCar e ao Departamento de Química da UNESP-Araraquara.
Referências
BATTISHA, I. K.; SPEGHINI, A.; POLIZZI, S.; AGNOLI, F.; BETTINELLI, M. Molten chloride synthesis, structural characterisation and luminescence spectroscopy of ultrafine Eu3+-doped BaTiO3 and SrTiO3. Materials Letters 57, 183–187, 2002.
FU, J.; ZHANG, Q.; LI, Y.; WANG H. Highly luminescente red light phosphor CaTiO3:Eu3+ under near-ultraviolet excitation. Journal of Luminescence 130, 231- 235, 2010.
FUJISHIRO, F.; ARAKAWA, T.; HASHIMOTO, T. Substitution site and photoluminescence spectra of Eu3+-substituted SrTiO3 prepared by Pechini method. Materials Letters 65, 1819–1821, 2011.
JIANG, C.; FANG, L.; SHEN, M.; ZHENG, F.; WU, X.; Effects of Eu substituting positions and concentrations on luminescent, dielectric, and magnetic properties of SrTiO3 ceramics; Applied Physics Letters 94, 071110, 1–3, 2009.
PECHINI, M. P.; U. S. Patent No 3330697, July 11,1967.
KUBELKA, P.; MUNK, F. Z. Ein Beitrag zur Optik der Farbanstriche. Zeits. F. Techinal physics 12, 593–601, 1931. Apud SIMON, K.; TRACHSLER, B. Discrete Mathematics and Theoretical Computer Science AC 289–300, 2003.
WOOD, D. L.; TAUC, J.; Weak Absorption Tails in Amorphous Semiconductors; Physical Review B, v. 5, 3144 – 3151, 1972.
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