Síntese, caracterização e estudo das propriedades fotoluminescentes de cristais de BaWO4

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Iniciação Científica

Autores

Santos, J.L. (IFMA) ; Santos, D.R. (IFMA) ; Mercury, J.M.R. (IFMA) ; Nogueira, I.C. (IFMA) ; Silva, J. (IFMA) ; Marques, G.N. (IFMA - MONTE CASTELO)

Resumo

Os BaWO4 com estrutura tetragonal tipo sheelita pertencem à família de materiais inorgânicos, em que suas propriedades luminescentes vêm sendo muito pesquisadas. Propôs-se investigar as propriedades ópticas destes critais, a fotoluminescência e mecanismo de crescimento dos cristais. A síntese do BaWO4 foi realizada pelo método de precipitação, variando a forma de adição de íons precursores. Os pós obtidos foram caracterizados por DRX,Raman, espectroscopia no Infravermelho e fotoluminescência. Através da caracterização foi comprovado que todos os cristais são monofásicos e estrutura tetragonal tipo sheelita. As emissões fotoluminescentes ocorreram em diferentes regiões de intensidade máxima. Os pós de BaWO4 foram caracterizados e estudados, obtendo a estrutura sheelita.

Palavras chaves

Sintese; BaWO4; Caracterização

Introdução

Nas últimas décadas os tungstatos foram objetos de estudo de muitos pesquisadores em virtude de seu longo histórico de aplicações tecnológicas (BLISTANOV, 2005). Devido à variedade de propriedades, tais como, eletro-ópticas e luminescentes, além de suas vastas aplicações no ramo tecnológico, por exemplo, lâmpadas fluorescentes, onde pesquisadores do mundo inteiro buscam novas formas e técnicas para se ter um aperfeiçoamento destas propriedades ópticas não lineares e para isso vêm sendo estudadas diariamente pela comunidade científica. (YIN, 2007). Dentre os vários métodos que existem para otimizar as propriedades dos materiais, têm-se os métodos solvotérmicos (JINHONG et al, 2009), precursores poliméricos (CAMPO, 2008), dissolução eletroquímica (CHEN, 2006), hidrotérmicos (SCZANCOSKI, 2010) e precipitação (PHURUANGRAT, 2010). Os tungstatos são materiais cerâmicos pertencentes a família dos materiais inorgânicos do tipo scheelita e apresentam formula geral ABO4 (onde A = Ba e B = W) (Jong, 2006). Atualmente, a atrativa propriedade luminescente dos tungstatos desperta atenção principalmente pela possibilidade das várias aplicações. O tungstato de bário (BaWO4). O nome scheelita é também designado para descrever a estrutura cristalina comum da classe desses materiais (KAMINSKII, 2000). A propriedade óptica, denominada de fotoluminescência, pode ser estudada através dos espectros de excitação e emissão. Geralmente, a emissão de fotoluminescência tem comprimento de onda maior que a radiação usada para a excitação (SKOOG, 1992). As amostras de BaWO4 com comprimento de onda de excitação de 255 nm apresentaram emissão característica da cor verde e as excitadas com 245 nm emitem na cor azul. Pretendeu-se realizar a síntese, estudar e caracterizar os critai

Material e métodos

Neste trabalho os cristais de BaWO4 foram sintetizados pelo método de precipitação. Neste capítulo foi detalhado o método de síntese, os reagentes, equipamentos utilizados e as técnicas de caracterização, empregados na investigação destes compostos. Na tabela 3.1 estão representados os reagentes utilizados, o grau de pureza e seus fornecedores. Tabela 3.1 Reagentes utilizados na obtenção dos cristais de BaWO4. Reagentes Pureza (%) Na2WO4.2H2O 99,0 Ba(NO3)2 99,0 Os equipamentos utilizados para a síntese dos cristais em estudo estão listados na Tabela 3.2. Tabela 3.2 Equipamentos utilizados na obtenção dos cristais BaWO4. Equipamentos Balança de precisão Agitador magnético com aquecimento Seringa descartável Centrífuga Estufa Bureta 25mL Haste universal 20cm O procedimento experimental para a síntese dos pós de BaWO4 pelo método de precipitação variando a forma de adição de precursores será descrito a seguir: 1x10-3 mols de Na2WO4 foi dissolvido em um béquer com 50 ml de água deionizada e aquecido a 70 ºC, com taxa de agitação de 700 rpm. 1x10-3 mols de Ba (NO3)2 foi dissolvido em um béquer com 50ml de água deionizada a temperatura de 70 ºC. A primeira forma de adição do precursor de Ba (NO3)2 foi por adição convencional dos íons à solução de Na2WO4. A segunda foi por adição do precursor de Ba (NO3)2 foi por injeção rápida de íons, através do uso de seringa e a terceira forma foi por adição gota a gota. Após, deixou-se decantar as amostras por 5 min, descartou-se o excesso de água e se transferiu a amostra para os frascos, levando-as a centrifuga. Foram feitas as caracterizações por difração de raios X, espectroscopia Raman, espectroscopia na região do infravermelho e espectroscopia de fotoluminescência.

Resultado e discussão

Serão apresentados os resultados obtidos por meio das técnicas de difração de raios – X (DRX) e espectroscopia de Fotoluminescência. Difracção de Raios X O Difratograma obtido dos pós cerâmicos de BaWO4 sintetizados por precipitação a 70ºC por diferentes formas de adição dos precursores (adição convencional, injeção, gota a gota) estão ilustrados na figura 6.1. Os padrões de DRX sugerem uma ótima cristalinidade em relação ao tempo de síntese, já que os picos estão bem definidos, indicando alto grau de cristalinidade por este método. As mínimas diferenças entre os difratogramas são insignificantes.Pode-se observar pela figura 6.1, que o pó possui estrutura tetragonal do tipo scheelita com grupo espacial I41/a., de acordo com a ficha cristalográfica JCPDS – 16165. (ERRADONEA, 2005). Nenhuma fase adicional foi notada indicando que o método de precipitação por qualquer uma das três formas de adição de íons precursores é efetivo na formação de BaWO4 monofásico. Espectroscopia de fotoluminescência Este estudo foi realizado utilizando o comprimento de onda de excitação de 350 nm. Todas as amostras foram submetidas às análises, onde o principal interesse foi verificar a influência do método de adição dos precursores nas suas propriedades fotoluminescentes. Os espectros de emissão dos pós de BaWO4 estão ilustrados na figura 6.4. Observando a figura 6.4.Os cristais obtidos pelo método de adição por gota a gota emitiu um espectro na faixa de 500 nm, emissão na região espectral verde. Os cristais obtidos pelo método de adição convencional emitem na faixa de 549 nm, e por injeção na faixa de 550 nm, ainda no verde, entretanto houve um deslocamento para maiores comprimentos de onda.

Figura 6.1 DRX do pó de BaWO4 sintetizados a 70º C pelo método de adição convencional, injeção e gota a gota de íons.


Figura 6.4 Espectroscopia de fotoluminescência dos pós de BaWO4 sintetizados a 70º C pelo método de adição convencional, injeção e gota a gota de íons

Conclusões

Portanto, o resultado encontrado para a estrutura do pó de BaWO4 através de sua caracterização foi do tipo estrutura tetragonal tipo sheelita e está de acordo com o resultado encontrado na literatura. Os comprimentos de onda encontrados na fotoluminescência com maiores deslocamentos pode ser atribuído ao diferentes tipos de defeitos existentes no material, vacâncias de oxigênio, deformações nas ligações entre os átomos ou impurezas. O método de precipitação variando a forma de adição de precursores se mostrou eficaz na formação de BaWO4, já que não houve nenhuma formação de fase adicional.

Agradecimentos

Deixo aqui meus sinceros agradecimentos ao CNPQ e ao IFMA pela oportunidade de desenvolver e difundir este trabalho.

Referências

BLISTANOV, A. A. et al. Luminescence of Crystals of Divalentes Tungstates, Phys. Properties of Crystals, 50: 319- 325, 2005.
ERRANDONEA, et al. Phys. Rev. B: Condens. Matter, v.72, p.174106, 2005.
JONG, Y.; Ryu, J. H.; Shim, K.B. Materials Science and enginnering: B, Lauzanne, v. 127, n. 2- 3, p. 154 – 158, fev. 2006.
KAMINSKII, A.A.; MCCRAY, C.L.; LEE, H.R.; TEMPLE, D.A.; CHYBA, T.H.; MARSH, W.D.; BARNES, J.C.; ANNANENKOV, A.N.; LEGUN, V.D.; EICHLER, H.J.; GAD, G.M.A.; UEDA, K., High Efficiency Nanosecond Raman Lasers on Tetragonal PbWO4, Opt. Communications, 183, 277-287 (2000).
YIN, Y. Controlled synthesisnand photoluminescence properties of BaXO4 (X = W, Mo) hierarchical nanostructures via a facile solution route. Mater. Lett., v. 64, p. 789-792, 2010.
PHURUANGRAT, A., Thongtem, T. & Thongtem, S. Synthesis of nanocrystalline metal molybdates using cyclic microwave radiation. Materials (Science-Poland, 28, 2, 2010, 557-563.).