Efeito do óxido de disprósio sobre as propriedades luminescentes em vidro borato
ISBN 978-85-85905-21-7
Área
Materiais
Autores
Carneiro, G.N. (UENF) ; Sampaio, J.A. (UENF) ; Pessanha Medina, E.S. (UENF) ; Vargas, H. (UENF)
Resumo
Vidros aluminoborato de bário dopados com várias concentrações de Dy2O3 seguindo a equação (30-x/2)BaO:(61- x/2)B2O3: 9Al2O3:xDy2O3, x = 0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 e 2,5 (em %mol) foram preparados pela técnica convencional de fusão e resfriamento e caracterizados através da técnica de fotoluminescência. Três bandas de emissão, no azul (483 nm), no amarelo (575 nm) e no vermelho (664 nm) foram registradas nos espectros de luminescência para as amostras dopadas e excitadas em 348 nm. As coordenadas do diagrama de cores CIE mostrou que as amostras emitem na região da luz branca.
Palavras chaves
Vidro borato; Óxido de Disprósio; Luminescência
Introdução
Vidros boratos têm sido aplicados na fotônica devido suas várias propriedades, tais como, alta transparência, baixo ponto de fusão, estabilidade a altas temperaturas e boa solubilidade dos íons Terras Raras (SHAMSHAD et al.,2017; SWAPNA et al., 2013), e apesar de possuir alta energia de fônon, a elevada energia vibratória no vidro borato não é prejudicial para a emissão dos íons Dy2O3, Tb2O3, Sm2O3 e Eu2O3 (XIONG et al., 2014). Entre estes lantanídeos, o óxido de disprósio tem se tornado promissor devido suas duas bandas de emissão mais intensas na região do visível, o azul (470-570 nm, 4F9/2 → 6H15/2) e o amarelo (560-600 nm 4F9/2 → 6H13/2) (XIONG et al., 2014), podendo assim emitir luz branca com um único íon lantanídeo, pois uma combinação apropriada dessas bandas de luminescência leva à geração de luz branca no vidro (JAYASIMHADRI et al., 2009). A intensidade das emissões no azul e no amarelo dependem da matriz hospedeira, do comprimento de onda de excitação (Jayasimhadri et al., 2009) e da concentração do ativador (Dy) (SHANTA SINGH et al., 2009). Atualmente existem muitos estudos de vidros dopado com disprósio para geração de luz branca como aplicação (SHANMUGAVELU e KUMAR, 2014; RAO, SHANMUGAVELU e KUMAR, 2017; HU et al., 2014). Neste trabalho, vidros boratos dopado com diferentes concentrações de Dy2O3 foram estudados para sua aplicabilidade como fontes emissoras de luz branca.
Material e métodos
Vidros aluminoborato de bário dopados com várias concentrações de Dy seguindo a equação (30-x/2)BaO:(61-x/2)B2O3: 9Al2O3:xDy2O3, x = 0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 e 2,5 (em % mol) foram preparados pela técnica convencional de fusão e resfriamento. Os reagentes de partida utilizados foram carbonato de bário (99,95% de pureza), ácido bórico (99,99% de pureza), óxido de alumínio (99,997% de pureza) e óxido de disprósio (99,995% de pureza) todos da fabricante Alfa Aesar. As amostras foram pesadas usando uma balança de precisão e em seguida misturadas manualmente. Após misturadas foram fundidas a 1200 ºC em cadinho de platina-ródio (PtRh) no forno elétrico, vertidas em molde de latão a 300 ºC e recozidas durante 3h na temperatura de 500 ºC para que as tensões internas devido a mudança brusca de temperatura fossem atenuadas. Logo em seguida foram cortadas, lixadas e polidas, para serem caracterizadas pela técnica de fotoluminescência. Importante ressaltar que as amostras receberão um acrônimo para facilitar a compreensão. A matriz hospedeira, amostra não dopada, será chamada de BBA e as dopadas serão chamadas de xDyBBA, x representa a concentração de Dy2O3.
Resultado e discussão
Os espectros de emissão dos vidros dopados com íons Dy3+ em
diferentes concentrações são mostrados na Figura 1, em que o comprimento de
onda de excitação foi em 348 nm. Os espectros de emissão exibem picos e 483,
575 e 664 nm que são atribuídos as transições 4F9/2 →
6H15/2, 4F9/2 →
6H13/2 e 4F9/2 →
6H11/2, respectivamente (XIONG et al., 2014;
SHANMUGAVELU e KUMAR, 2014). É possível observar ainda que a intensidade de
emissão aumenta com o aumento da concentração de
Dy2O3, até 0,5% mol.
A combinação apropriada de luz azul e amarelo pode produzir emissão de luz
branca. Para descobrir as coordenadas de cor dos vidros, os espectros de
emissão foram analisados nas coordenadas do diagrama de cromaticidade CIE,
em que a cor de qualquer fonte de luz pode ser obtida por meio de três
variáveis x(λ), y(λ) e z(λ) (funções de
correspondência de cores) através de cálculos (SCHUBERT, 2006).
Na Figura 2 observamos o potencial do vidro 0,5DyBBA na geração de luz
branca através da análise cromatográfica utilizando o diagrama de
cromaticidade no CIE 1931.
Importante ressaltar que as demais amostras
apresentaram a mesma região de cor, utilizamos a amostra dopada com 0,5Dy
como exemplo por ter apresentado a emissão mais intensa. Verifica-se que as
coordenadas de cores de todas as amostras estão na região da luz branca.
Portanto, essas amostras podem ser usadas como materiais emissores de luz
branca.
Espectros de luminescências das amostras dopadas com diferentes concentrações de óxido de disprósio em função do comprimento de onda.
Diagrama de cromaticidade xy CIE do espectro de luminescência da amostra dopada com 0,5% mol de óxido de disprósio.
Conclusões
A coordenada de cores CIE dos vidros xDyBBA são encontradas dentro da zona de emissão de luz branca.
Agradecimentos
Os autores agradecem as instituições de fomento CAPES e FAPERJ.
Referências
Hu, J.; Gong, X. H.; Chen, Y. J.; Huang, J. H.; Lin, Y. F.; Luo, Z. D.; Huang, Y. D. Tunable luminescence of Dy3+ single-doped and Dy3+/Tm3+ co-doped tungsten borate glasses. Optical Materials. 38 (2014) 108–112.
Jayasimhadri, M.; Jang, Kiwan; Lee, Ho Sueb; Chen, Baojiu; Yi, Soung-Soo; Jeong, Jung-Hyun. White light generation from Dy3+ doped ZnO–B2O3–P2O5 glasses. J. Appl. Phys. 106 (2009) 013105.
Rao, M. Veeramohan; Shanmugavelu, B.; Kumar, V. V. Ravi Kanth. Optical absorption and photoluminescence studies of Dy3+ doped alkaline earth bismuth borate glasses. Journal of Luminescence. 181 (2017) 291–298.
Schubert, E. F. Light-Emitting Diodes, ed. 2, Cambridge University Press. (2006) 292–300 (Capítulo 17).
Shamshad, L.; Rooh, G.; Kirdsiri, K.; Srisittipokakun, N.; Damdee, B.; Kim, H. J.; Kaewkhao, J. Photoluminescence and white light generation behavior of lithium gadolinium silicoborate glasses. Journal of Alloys and Compounds. 695 (2017) 2347–2355.
Shanmugavelu, B.; Kumar, V.V. Ravi Kanth. Luminescence studies of Dy3+ doped bismuth zinc borate glasses. Journal of Luminescence. 146 (2014) 358–363.
Shanta Singh, N.; Ningthoujam, R.S.; Niraj Luwang, M. S.; Singh, Dorendrajit; Vatsa, R.K. Luminescence, lifetime and quantum yield studies of YVO4:Ln3+ (Ln3+, Dy3+, Eu3+) nanoparticles: Concentration and annealing effects. Chemical Physics Letters. 480 (2009) 237–242.
Swapna, K.; Mahamuda, S. K.; Srinivasa Rao, A.; Jayasimhadri, M.; Sasikala, T.; Rama Moorthy, L. Optical absorption and luminescence characteristics of Dy3+ doped Zinc Alumino Bismuth Borate glasses for lasing materials and white LEDs. Journal of Luminescence. 139 (2013) 119–124.
Xiong, H. H.; Shen, L. F.; Pun, E. Y. B.; Lin, H. High-efficiency fluorescence radiation of Dy3+ in alkaline earth borate glasses. Journal of Luminescence 153 (2014) 227–232.
