Luz e oxigênio induzem reações de degradação (foto-oxidação) que modificam as propriedades físicas e químicas da matéria, efeitos nocivos da radiação ultravioleta (UV) podem causar descoloração de corantes e pigmentos, amarelamento de plásticos, perda de brilho e da propriedade mecânica (cracking) de materiais, queimaduras, câncer de pele, entre outros problemas relacionados à luz UV. A fim de reduzir os efeitos nocivos da radiação UV e alcançar uma adequada conservação das propriedades dos materiais surgem os absorvedores ou filtros UV. Uma vez que materiais nanométricos a base de cério apresentam atividade fotocatalítica menor e elevada absorção na região do UV tornam-se filtros solares com aplicabilidade em diversas áreas quando comparados aos óxidos utilizados atualmente com função de filtros solares (ZnO e TiO2). Fosfatos de cério (III) (CePO4) foram preparados por Pechini (modificado), síntese hidrotermal e microemulsão reversa; as amostras foram submetidas a tratamento térmico em distintas temperaturas com o intuito de averiguar a estrutura do CePO4 e influência desta na capacidade da absorção UV. Sistemas de óxidos metálicos contendo cério também foram estudados, sendo sintetizados por sol-gel não-alcoóxido e aplicados na forma de pó e filme fino sobre substrato de vidro. A preocupação com a morfologia e o tamanho dos materiais motivou a escolha pelas metodologias de síntese empregadas. Neste trabalho foram exploradas e elucidadas as propriedades dos materiais a base de cério em absorver luz UV, devido às transições 4f-5d dos íons Ce3+ e/ou às transições entre banda de condução e banda de valência. As amostras foram analisadas por espectroscopia de absorção no UV-Vis e na região do infravermelho (FTIR), difração de raios X (XRD), difração de elétrons, susceptibilidade magnética (MS), microscopia eletrônica de varredura (SEM), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), espectroscopia de reflectância difusa (DRS), atividade fotocatalítica (AF) e ressonância paramagnética de elétrons (EPR). As excelentes propriedades morfológicas, ópticas e fotocatalíticas indicam a possível aplicação dos materiais à base de cério, foco de investigação do presente trabalho, como filtros solares em proteção cosmetológica (cremes, shampoos, sprays etc) ou de materiais (tintas, vernizes, vidros e outros). / Light and oxygen induce degradation reactions (photo-oxidation) that modify the physical and chemical properties of the matter. The damaging UV radiation is responsible for the discoloration of dyes and pigments, weathering, yellowing of plastics, loss of gloss and mechanical properties (cracking), sunburnt skin and other problems associated to UV light. UV absorbers or UV filters have been used in order to reduce these damaging effects and achieve an adequate conservation of the properties of the materials. In front of this problem, cerium based nanomaterials are promising inorganic UV absorbers for the substitution of zinc and titanium oxide, once it presents high UV absorptivity, a lower refraction index than TiO2 and ZnO, and a higher chemical inertia (and thus a lower photocatalytic activity). Nanostructured cerium phosphates (CePO4) were prepared by Pechini, hydrothermal and reverse microemulsion synthesis, and some parameters (calcinations temperature and reactants rate) employed in each synthesis were investigated. Cerium metal oxide systems synthesized by sol-gel (non-alcooxide) and applied as powder and thin films materials were investigated too. The methodology of the synthesis were chosen aiming ideal morphology and particles size. In this work we explored and elucidated the properties of UV absorber cerium based nanomaterials , due to 4f-5d transitions of Ce3+ ions, charge transference of Ce4+ and, a little portion is due to the contribution of valence and conduction band. The samples were characterized by UV-Vis absorption spectroscopy , Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), electron diffraction, magnetic susceptibility (MS), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), diffuse reflectance spectroscopy (DRS), photocatalytic activity (PA) and electron paramagnetic resonance (EPR). The excellent morphological, optical and photocatalytic properties indicate the possible application of cerium based materials in solar protection for cosmetics (creams, shampoos, sprays etc.) or materials (paints, varnishes, glass and others).

Neste trabalho foi estudada a otimização de síntese de nanocristais de KY3F10 pelo método de co-precipitação utilizando óxidos de terras raras (TR2O3) dissolvidos em HCl ou seus cloretos (TRCl3), fluoreto de potássio (KF) e bifluoreto de amônio (NH4HF2) como materiais de partida. A composição inicial dos reagentes precursores nas proporções molares de 1KF:1YCl3:3NH4.HF2 foi estabelecida para a obtenção do material monofásico. Constatou-se também que a diminuição da concentração por evaporação da concentração de amônio contido na solução aquosa do bifluoreto de amônio foi essencial para garantir o sucesso deste método. Nanopós puros e dopados foram caracterizados com relação à sua estrutura cristalina, tamanho e forma dos cristalitos e presença de fases secundárias. Foram obtidos aglomerados de partículas contendo nanocristais aproximadamente esféricos com tamanhos em torno de 10 nm. Os dopantes incorporados foram estudados através de emissão óptica e seus mecanismos de transferência de energia foram comparados àqueles obtidos nos cristais volumétricos. Através deste estudo foi possível determinar a eficiência de emissão de nanocristais de KY3F10:Er, KY3F10:Nd, KY3F10:Eu e KY3F10:Yb:Nd:Tm com relação ao tamanho dos nanocristais e com relação ao efeito da adsorção dos reagentes precursores. A emissão do túlio (Tm3+) na região do azul, através do fenômeno de conversão ascendente, na amostra triplamente dopada (Yb/Nd/Tm), com excitação em 802 nm, foi obtida com sucesso. Um estudo preliminar das propriedades dosimétricas foi feito através da detecção da termoluminescência de pastilhas irradiadas com radiação gama e apresentaram picos termoluminescentes em torno de 180°C e 225ºC, além disso, verificou-se a reprodutibilidade e a linearidade da resposta às doses aplicadas. / In this work, it was studied the optimization of the synthesis of KY3F10 nanocrystals by the coprecipitation method using rare earth oxides ( TR2O3 ) dissolved in HCl or their chlorides (TRCl3), potassium fluoride (KF) and ammonium bifluoride (NH4HF2) as starting materials. The initial composition of the precursor reagents in molar proportions of 1KF:1YCl3:3NH4.HF2 was established for obtaining single-phase material. It was also established that the concentration reduction by evaporation of the ammonia contained in the ammonium bifluoride aqueous solution was essential to ensure the success of this route. Pure and doped nanopowders were characterized related to crystal structure, size and shape of the crystallites and to the presence of secondary phases. Agglomerates containing approximately spherical nanocrystals with size of around 10 nm were obtained. The incorporated dopants were studied by optical emission and their energy transfer mechanisms were compared to those obtained in volumetric crystals. Through this study, it was possible to determine the emission efficiency of KY3F10:Er, KY3F10:Nd , KY3F10:Eu and KY3F10:Yb:Nd:Tm with respect to the nanocrystals size and to the precursor reagents adsorption effect. The blue emission of Thulium (Tm3+) by upconversion in triply doped samples (Yb/Nd/Tm) was successfully obtained with excitation at 802 nm. A preliminary study was made of the dosimetric properties by detecting the thermoluminescence of irradiated pellets with gamma radiation and the curves showed peaks around 180°C and 225°C, moreover, reproducibility and linearity of the response to the doses applied were checked.

O Brasil tem uma longa tradição na tecnologia do tório, desde a abertura do principal mineral, a monazita, até compostos de pureza grau nuclear, com reservas minerais estimados em 1.200.000 ton – ThO2. Como conseqüência desta produção, foi acumulado um resíduo produzido na unidade piloto de purificação de nitrato de tório, do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares- CNEN/SP, mais de 25 toneladas ao longo das últimas três décadas, proveniente dos rafinados e soluções de lavagem do processo de extração por solventes, conhecido como RETOTER. Sua composição, um hidróxido, contendo tório, terras raras e impurezas menores, incluindo o chumbo-208 do decaimento do 232 Th, com abundância isotópica em 88,34 %, enriquecido naturalmente ao longo das eras geológicas. Neste trabalho são discutidos os estudos dos principais parâmetros do processo de recuperação deste chumbo, 0,42 % em massa no RETOTER seco, utilizando-se a técnica de troca iônica com resinas aniônicas em meio clorídrico. A abundância isotópica do chumbo foi analisada por espectrometria de massa termoiônica (TIMS) e de alta resolução (ICPMS), e com os dados calculou-se a secção de choque de captura para nêutrons térmicos. O valor resultante foi de s? o = 14,6 +/- 0,7 mb diferentemente do chumbo natural de s? o = 174,2 +/- 7,0 mb. Estudos preliminares de recuperação do tório e terras raras neste resíduo também foram apresentados. / Brazil has a long tradition in thorium technology, from mineral dressing (monazite) to the nuclear grade thorium compounds. The estimate reserves are 1200,000. ton of ThO2. As a consequence from the work of thorium purification pilot plant at Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares-CNEN/SP, about 25 ton of a sludge containing thorium and rare earths was accumulated. It comes as a raffinate and washing solutions from thorium solvent extraction. This sludge, a crude hydroxide named RETOTER contains thorium, rare earths and minor impurities including the radiogenic lead-208, with abundance 88.34 %. This work discusses the results of the studies and main parameters for its recovery by anionic ion exchange technique in the hydrochloric system. The isotope abundance of this lead was analyzed by high resolution mass spectrometer (ICPMS) and thermoionic mass spectrometer (TIMS) and the data was used to calculate the thermal neutron capture cross section. The value of s? o = 14.6 +/- 0.7 mb was found, quite different from the s? o = 174.2 +/- 7.0 mb measure cross section for the natural lead. Preliminary study for the thorium and rare earths separation and recovery was discussed as well.

Este trabalho relata a síntese, caracterização e a investigação das propriedades fotoluminescentes dos complexos &#946;-dicetonatos (TTA = 2-tenoiltrifluoroacetonato e DBM =dibenzoilmetanato) de terras raras trivalentes (TR3+ = Sm3+, Eu3+ e Gd3+) com diferentes ligantes amidas. Os compostos sintetizados foram caracterizados através das técnicas de microanálises de C, H, e N, espectroscopia de absorção na região do infravermellio e UV-Vis, titulação complexométrica com EDTA, análises termogravimétricas TG/DTG e difratometria de raios-X (métodos do pó e monocristal). Para os ligantes sintetizados, além das duas primeiras técnicas, estes foram caracterizados por Ressonância Magnética Nuclear de próton e carbono 13 (RMN lH e 13C) as quais certificaram suas obtenções e purezas. Os dados de microanálises de CHN e titulação- complexométrica foram concordantes com as fórmulas gerais [TR(TTA)3L2] (exceto [TR(TTA)3(DMFA)(H2O)] e [TR(TTA)3(PZA)]) e [TR(DBM)3L], onde L é um ligante amida. Os espectros de absorção na região do infravermelho evidenciaram o caráter anidro da maioria dos complexos e que a coordenação dos &#946;-dicetonatos e amidas aos íons TR3+ ocorre através dos átomos de oxigênio dos grupos carbonila. As curvas TG/DTG corroboraram os dados dos espectros IV no que se refere à ausência de água coordenada aos íons metálicos (exceto nos complexos precursores e nos [TR(TTA)3(DMFA)(H<sub<2O)]). Os difratogramas de raios-X (método do pó) sugerem a existência de séries isomorfa para cada ligante amida. O complexo [Eu(DBM)3(DMAC)] foi obtido na forma de cristais e sua estrutura foi resolvida pelo método de difração de raios-X de monocristais. Os resultados mostraram que este complexo cristaliza no sistema triclínico, em grupo espacial P-l, com os seguintes parâmetros de cela: a = 10,30&#197;· b = 10,46&#197;·c = 22,67&#197; &#945; = 78,97°; &#946; = 78,58°; &#947; = 63,01°. A primeira esfera de coordenação é descrita como um prisma trigonal monoencapusado, onde sete átomos de oxigênio encontram-se coordenados ao íon Eu3+. As propriedades fotoluminescentes dos íons Sm3+ e Eu3+ nos complexos foram investigadas a partir dos espectros de excitação, emissão e curvas de decaimento de luminescência. Os espectros de emissão desses complexos mostraram, principalmente, bandas finas oriundas das transições intraconfiguracionais-4fN 4G5/2 &#8594; 6H5/2, 7/2, 9/2, 11/2 (Sm3+)e 5D0 &#8594; 7F0, 1, 2, 3,4 (Eu3+), dominados pelas transições hipersensíveis 4G5/2 &#8594; 6H9/2 (~645 nm) e 5D0 &#8594; 7F2 (~612 nm). Os desdobramentos dessas transições, de um modo geral, estão concordantes com um ambiente químico de baixa simetria ao redor do íon TR3+. Com base nos dados espectrais foram determinados os parâmetros de intensidade &#937;2 e &#937;4, os coeficientes de emissão radiativa (Arad) e não-radiativa (Anrad) e a eficiência quântica de emissão experimental do nível 5D0 do íon Eu3+ (&#951;). Os complexos de DBM apresentam maiores valores de &#937;2 do que aqueles com TTA, refletindo um ambiente químico mais polarizável com maior caráter covalente da ligação Eu3+-DBM. Os valores dos parâmetros experimentais (&#951;Sm e &#951;Eu) dos complexos de Sm3+ e Eu3+ apresentaram uma boa correlação, evidenciando que a polarizabilidade em tomo do íon Sm3+ é semelhante àquela nos complexos com o íon Eu3+. Observou-se que os valores de eficiência quântica do estado emissor 5D0 (&#951;) aumentam quando as moléculas de água são substituídas pelos ligantes amidas. Esses resultados são devidos a uma diminuição significativa dos processos não radiativos (Anrad) pela ausência dos supressores O-H nos complexos com ligantes amidas. No entanto, no caso do complexo com PZA, foi observado um valor de Anrad grande, sugerindo um forte acoplamento dos osciladores N-H com o estado excitado 5D0. Os valores altos de rendimentos quânticos experimentais, qa, da maioria dos complexos indicam que a transferência de energia Ligante-Eu3+ é muito eficiente. É importante salientar que o complexo [Eu(TTA)3(DMBZ)2] apresenta um dos maiores valores de rendimento quântico experimental ( q = 82 %) da literatura para compostos de coordenação com o íon Eu3+. Os processos de transferência de energia Ligante-Eu3+ foram investigados por modelos teóricos SMLC (Sparkle Model for Lanthanide Complexes). A estrutura do complexo [Eu(DBM)3(DMAC)] apresentou boa concordância com aquela determinada experimentalmente através da técnica de difração de raios-X. De um modo geral, o poliedro de coordenação ao redor do íon Eu3+ nas estruturas teóricas está, também, concordante com o desdobramento das bandas associadas às transições 5D0 &#8594; 7FJ. Os dados das taxas de transferência de energia determinados utilizando um conjunto apropriado de equações de taxa concordaram muito bem com os dados experimentais evidenciando a viabilidade do modelo teórico nos estudos de compostos de coordenação com íons terras raras trivalente. O comportamento fotoluminescente exibido pelos complexos de európio evidencia que este sistema atua como Sistemas Moleculares Conversores de Luz. / This work reports the synthesis, characterization and investigations of photoluminescent properties of &#946;-diketonate complexes (TTA = 2-thenoiltrifluoroacetonate and DBM = dibenzoylmethanate) of trivalent rare earths (TR3+ = Sm3+, Eu3+ e Gd3+) with different amide ligands. The synthesized compounds were characterized by the fol1owing techniques: microanalyses of C, H, and N, absorption spectroscopy in the infrared region and UV-Vis, complexometric titration with EDTA, thermogravimetric analyses TG/DTG and X-rays diffraction (powder and single crystal methods). In case of ligands, besides the two first techniques, they were also characterized by Magnetic Nuclear Resonance of proton and carbon 13 (MNR 1H and 13C) which were according with the expected results and indicated the higher purity degree of these ligands. The elemental analyses data of C, H, and N, and complexometric titration suggested the general formulas [TR(TTA)3L2] (except for [TR(TTA)3(DMFA)(H2O)] and [TR(TTA)3(PZA)]) and [TR(DBM)3L], where L is amide ligand. The infrared spectra indicated that the complexes are anhydrous and that the coordination of &#946;-diketonates and amides to the TR3+ ions occurs via oxygen atoms. TG/DTG curves corroborate with the IR data suggesting the absence of water molecules coordinated to the metal ions (except for the case of the precursors and [TR(TTA)3(DMFA)(H2O)] complexes). Besides, these curves indicated that the amide complexes show a higher thermal stability (~150 °C). The XRD diffractograms (powder method) suggest the presence of one isomorphic series for each amide ligand. The [Eu(DBM)3(DMAC)] complex was obtained in the single crystal form to obtain its structure by rays-X diffraction (single crystal method). The structural results showed that this complex crystallize in a triclinic system, as a spatial group P-1, with the following cell parameters: a = 10.30 &#197;; b = 10.46 &#197;; c = 22.67 &#197;; &#945; = 78.97 °; &#946; = 78.58 °; &#947 = 63.01 °. The first coordination sphere is described as a monocapped trigonal prism, with seven oxygen atoms bonded to the Eu3+ ion (six from the &#946;-diketonate chelate and one from amide ligand). The photoluminescent properties of the Sm3+ and Eu3+ -complexes were investigated by the excitation, emission and luminescent decay curves, recorded at room and liquid nitrogen temperatures. The emission spectra of the complexes displayed mainly the narrow bands arising from 4f-intraconfigurational transitions 4G5/2 &#8594; 6H5/2, 7/2, 9/2, 11/2 (Sm3+) and 5D0 >&#8594; 7F0, 1, 2, 3,4, (Eu3+), dominated by the hypersensitive bands due to the transitions 4G5/2 &#8594; 6H9/2 (~645 nm) and 5D0 &#8594; 7F2 (~612 nm), respectively. The splits of these transitions agree with the presence of a chemical environment with the low symmetry around the TR3+ ion. The intensity parameters (&#937;2 and &#937;4), the radiative (Arad) and non-radiative decay rates and the quantum emission efficiency of the 5D0 were obtained by the quantitative analyses of the emission spectra of the Eu3+ -complexes. The &#937;2 values were higher for the DBM than for the TTA-complexes, reflecting that the chemical environment are more polarizable around Eu3+ ion in the complexes with DBM, indicating the highest covalent character of the Eu3+ -DBM bond. It was observed that the &#951; values were increased when the water molecules were replaced by the amide ligands. These results reflect the decrease of the non-radiative rates (Anrad), which is a consequence of the absence of the O-H quenchers. However, it was observed that the complex with PZA ligand presents Anrad as high as that value in the hydrated complex, suggesting strong coupling of the N-H oscillators with the excited level. The experimental quantum yield, qa, of the complexes of europium ion in the solid state present a good correlations with the quantum emission efficiency, &#951;, indicated a very efficient energy transfer Ligand-to-Eu3+. It is important to notice, that the qa value for the [Eu(TTA)3(DMBZ)] (q = 82 %) complex is among the highest values reported in the literature for the coordination compound with Eu3+ ion. The energy transfer processes from ligand to metal were investigated by the theoretical models SMLC (Sparkle Model for the Calculation of Lanthanide Complexes). The theoretical structure of the complex [Eu(DBM)3(DMAC)] agrees with that one determined experimentally by X-ray diffraction. It was also observed that the coordination polyhedron around the Eu3+ ion (in the theoretical structures) corroborates with the split of the bands assigned to the 5D0 &#8594; 7FJ transitions. The energy transfer rates determined by the appropriated rate equations agree with the experimental quantum yield, suggesting the viability of theoretical model on studies of the trivalent rare earth coordination compounds The photoluminescent behavior exhibited by the europium complexes indicates that this system acts as Light Molecular Conversion Systems.

With the increase of the the global energy consumption has also been increasing, which is about 18 TW nowadays (Dudley, 2018), the anthropogenic CO2 emissions have also been increasing, which is about 410 ppm nowadays (Dudley, 2018; Tans & Keeling, 2019). Numerous evidences have been reported indicating that high atmospheric CO2 concentration can have significant greenhouse effect and thus lead to global warming and climate change (Pachauri et al, 2014; Hansen et al, 2013). Therefore, measures need to be taken to control and reduce the atmospheric CO2 concentration. In such circumstance, carbon capture, utilization and storage (CCUS) technologies have been proposed and developed to close the carbon cycle. Mineral carbonation (MC) is one of the CCUS technologies, which mimics the natural silicate weathering process to react CO2 with silicate materials so that carbon can be stabilized in the form of insoluble carbonates for permanent carbon storage (Seifritz, 1990; Lackner et al, 1995). Both Ca- or Mg-bearing silicate minerals and alkaline silicate industrial wastes can be employed as the feedstock for mineral carbonation (Sanna et al, 2014; Gadikota et al, 2014; Park, 2005; Park & Fan, 2004; Park et al, 2003; Park & Zhou, 2017; Zhou, 2014; Zhao, 2014; Swanson, 2014). While they share similar chemistries and total Mg and Ca contents, different MC feedstock can lead to different challenges for CCUS. As for silicate minerals, although they have large enough capacity to mineralize all the anthropogenic CO2 emissions, their reactivities are generally very low, and measures should be developed to accelerate the carbonation kinetics of the minerals (Sanna et al, 2014). However, the elemental extraction of the silicate minerals is a relatively complicated kinetic process, because silica-rich passivation layer can form on the particle surface during mineral dissolution process and thus the rate-limiting step of the process can change from chemical reaction to mass transfer. Without a clear understanding of the elemental extraction kinetics, the design and evaluation of different acceleration methods aiming at different rate-limiting steps of the process can be challenging. As for alkaline industrial wastes, they are generally more reactive than silicate minerals, but can be more heterogeneous with more complicated compositions. In such cases, the separation and recovery of other elements should also be integrated with the carbonation process so that the overall sustainability of the mineral carbonation technology can be enhanced. In order to address these challenges, this study focused on the fundamental understanding of dissolution and carbonation behaviors of alkaline silicate materials and integration of step-wise separations of rare-earth elements (REEs). Both experimental and modeling studies were carried out to provide insights into how Mg and Ca as well as REEs are leaching into solvents at different conditions, and the fundamental understandings on mineral dissolution kinetics and mechanisms were also put forward. The fate of REEs in different product streams was also identified, and methods were developed and optimized to recover and concentrate REEs, while producing solid carbonates with highest purities. Hopefully, the findings in this study can not only advance the carbon mineralization technology but also contribute to the utilization and extraction of alkaline metals, as well as REEs, from other complex unconventional resources for the sustainable energy and material future.

A pirólise de aerossóis ou spray pirólise (SP, do inglês Spray Pyrolysis) é uma importante metodologia para a obtenção de luminóforos e diferentes matrizes sólidas em dimensões nano a micrométricas, desde a escala laboratorial ao nível industrial. O arranjo experimental permite o ajuste de uma ampla faixa das temperaturas de pirólise (100 a 1000 °C), possibilitando que sistemas de interesse sejam obtidos em uma única etapa. Contudo, não existe um controle eficiente do ambiente de coordenação do íon emissor e a simetria deste será consequência do ambiente imposto pela estrutura cristalina ou amorfa da matriz sólida final. O tratamento térmico rápido, característico desta metodologia, pode dificultar a total cristalização de determinadas fases e, sendo assim, uma heterogeneidade nos sítios de simetria será obtida. Este trabalho tem como objetivos estudar as propriedades luminescentes de aluminatos dopados com íons terras raras. E nesse sentido, propuseram-se inicialmente metodologias para a obtenção de diferentes matrizes inorgânicas por SP visando o estudo do sítio de coordenação de íons lantanídeos. Num primeiro momento, foi proposto a metodologia para a obtenção de matrizes inorgânicas por SP mantendo a estrutura do sítio de coordenação de íons lantanídeos. Nesta estratégia foi escolhido um meio inorgânico estável, protegendo os íons terras raras ativos de perturbações externas, estável tanto do ponto de vista químico e térmico durante o processo de pirólise, YVO4:Eu3+ foi o escolhido por possuir sítios de simetria bem definidos e por ser um composto de grande interesse tecnológico. Ainda dentro dos objetivos, estudou a síntese de aluminatos dopados com íons ítrio visando à formação de sistemas compósitos (-Al2O3 / YAG). Os compostos foram primeiro obtidos pela co-dopagem com íons Eu3+ visando um estudo estrutural, e posteriormente, sistemas contendo Itérbio/Érbio e Itérbio/Túlio foram preparados, visto que são escassos os trabalhos que descrevem a síntese de partículas com propriedades de conversão ascendente de energia pela metodologia de pirólise de aerossol. A fase YAG foi obtida para diferentes proporções de Y3+/Al3+, porém também foi obtido a fase meta estável YAlO3 (YAH) em uma única etapa, sendo que essa fase é reportada na literatura como de difícil obtenção. Os compostos obtidos foram caracterizados principalmente por espectroscopia de fotoluminescência (espectros de emissão/excitação e tempos de vida), espectroscopia vibracional, Difratometria de raios X de pó, microscopia eletrônica e análise térmica / Spray Pyrolysis (SP) is an important methodology to obtain phosphors and different solid matrices in a nano-to-micrometric dimension, ranging from the laboratory scale up to the industrial level. The experimental arrangement allows the adjustment of a wide range of pyrolysis temperatures (100 up to 1000 ° C), which allows the system of interest obtention in a single step. However, there is no efficient control concerning the emitter ion coordination environment, and its symmetry will be a consequence of the environment imposed by the resultant solid matrix crystalline or amorphous structure. The rapid thermal treatment, which is the main characteristic of this methodology, it might hinder the total crystallization of certain phases and, thus, heterogeneity in the symmetry sites will be obtained. This study aims to study the luminescent properties of aluminates doped with Rare Earth (RE) ions. Under this perspective, several methodologies have been initially proposed in order to obtain different inorganic matrices using SP to study lanthanides coordination sites. At first, the methodology for obtaining inorganic matrices through SP maintaining the structure of the lanthanide ion coordination site was proposed. In this strategy, a stable (both chemically and thermally) inorganic medium was chosen, protecting the active rare earth ions from external perturbations during the pyrolysis process. YVO4:Eu3+ was selected for presenting well-defined symmetry sites and for its wide technological appeal. Moreover, the synthesis of aluminates doped with yttrium ions to form composite systems (-Al2O3 / YAG) has been carried out. The compounds were first obtained by co-doping with Eu3+ ions for a structural study. Subsequently systems containing Ytterbium / Erbium and Ytterbium / Yttrium were prepared, since there is a lack of description of these systems in the literature when its considered the synthesis of particles with energy upward conversion properties by aerosol pyrolysis methodology. The YAG phase was obtained using different proportions of Y3+/Al3+, but the stable YAlO3 (YAH) phase was also attained in a single step, even being reported as difficult to achieve in the literature. The compounds synthesized were characterized mainly by photoluminescence spectroscopy (emission/excitation spectra and lifetimes), vibrational spectroscopy, powder X-ray diffraction, electron microscopy and thermal analysis

Complexos contendo íons de terras raras são de grande interesse na fabricação de dispositivos eletroluminescentes como é o caso do diodo emissor de luz construído com compostos orgânicos (OLED). Esses dispositivos, utilizando íons de terras raras trivalentes (TR3+) como centros emissores, exibem alta luminescência com bandas espectrais extremamente finas devido à estrutura dos seus níveis de energia, tempos de vida longos e a alta eficiência quântica. Este trabalho relata a preparação de complexos de &beta;-dicetonatos (tta - tenoiltrifluoroacetonato e acac - acetilacetonato) de terras raras (Tb3+, Eu3+ e Gd3+) contendo ligante macrocíclico éter coroa (DB18C6 - dibenzo18coroa6) e de filmes poliméricos de UO22+. Os materiais obtidos foram caracterizados por titulação complexométrica com EDTA, análise elementar de CH, espectroscopia de absorção na região do infravermelho, análise termogravimétrica, difratometria de raios X (método do pó) e espectroscopia de luminescência. Na manufatura do dispositivo OLED construído neste trabalho utilizou-se a técnica de deposição física de filmes finos por fase vapor (PVD, Physical Vapor Deposition). / Complexes containing Rare Earth ions are of great interest in the manufacture of electroluminescent devices as organic light emitting devices (OLED). These devices, using rare earth trivalent ions (TR3+) as emitting centers, show high luminescence with extremely fine spectral bands due to the structure of their energy levels, long life time and high quantum efficiency. This work reports the preparation of Rare Earth &beta;-diketonate complexes (Tb3+, Eu3+, Gd3+) and (tta - tenoyltrifluoroacetonate and acac - acetylacetonate) containing a ligand macrocyclic crown ether (DB18C6 - dibenzo18coroa6) and polymer films of UO22+. The materials were characterized by complexometric titration with EDTA, CH elemental analysis, near infrared absorption spectroscopy, thermal analysis, X-ray diffraction (powder method) and luminescence spectroscopy. For manufacturing the OLED it was used the technique of deposition of thin films by physical vapor (PVD, Physical Vapor Deposition).

Este trabalho apresenta um estudo sobre a influência de nanopartículas de prata nas propriedades ópticas de vidros de telureto dopados com íons de terras raras para aplicações em fotônica. Foram estudados três sistemas vítreos diferentes, TeO2-ZnO (B1), TeO2-PbO-GeO2 (T1) e TeO2-GeO2-BaO-Nb2O5 (Q3), todos preparados com óxidos de Itérbio (Yb2O3), Praseodímio (Pr2O3) e Érbio (Er2O3), além do reagente Nitrato de Prata (AgNO3), precursor das nanopartículas. Estes vidros possuem uma larga região de transmissão (350-6500 nm), boa estabilidade química, resistências mecânica e térmica, baixa energia de fônon (em torno de 700 cm-1) e alto índice de refração (~ 2,0). Através de medidas de absorção óptica foi observada a incorporação dos íons de terras-raras na forma trivalente, responsável pelo fenômeno de luminescência nos vidros. Para comprovar a presença das nanopartículas foram realizadas análises de Microscopia Eletrônica de Transmissão. As análises de microscopia eletrônica de transmissão permitiram observar o tamanho e o formato das nanopartículas formadas. A composição das nanopartículas foi obtida através da técnica de difração de elétrons realizada durante os ensaios de microscopia eletrônica de transmissão. As nanopartículas obtidas nos sistemas vítreos estudados apresentaram-se na forma metálica e cristalina, com tamanho médio variando entre 3 nm e 12 nm. Para o sistema B1 preparado com Yb2O3 foram feitas as medidas da luminescência cooperativa das amostras vítreas e de fibras nanoestruturadas, e estudada a interferência das nanopartículas. Para os sistemas preparados com Pr2O3 e AgNO3 e com Er2O3 e AgNO3 foram estudadas as interferências das nanopartículas nas emissões. Os resultados mais relevantes foram obtidos para o sistema T1, preparado com Pr2O3, para o qual foi observado aumento significativo da intensidade de emissão, de aproximadamente 100 %, na presença das nanopartículas quando comparadas as amostras tratadas por 1 h e 17 h. A diminuição da luminescência, observada em algumas amostras, é atribuída ao fato de as nanopartículas estarem situadas, em relação aos íons de terras-raras, a distâncias inferiores a 5 nm. Os resultados obtidos demonstram que as emissões de íons de terras-raras mais afetadas são as que se encontram mais próximas da banda de absorção do plasmon das nanopartículas. / This work presents a study about the influence of silver nanoparticles in the optical properties of tellurite glasses doped with rare-earths ions for photonic applications. Three different glassy systems were study, TeO2-ZnO (B1), TeO2-PbOGeO2 (T1) and TeO2-GeO2-BaO-Nb2O5 (Q3), all of them prepared with Ytterbium (Yb2O3), Praseodymium (Pr2O3) and Erbium (Er2O3) oxides, and the Silver Nitrate reagent (AgNO3), the nanoparticles precursor. These glasses have a large transmission window (350-6500 nm), chemical stability, mechanical and thermal resistance, low phonon energy (around 700 cm-1) and high refractive index (~2,0). The optical absorption measurement showed the incorporation of rareearths ions in the trivalent form, responsible for the luminescence phenomenon in the glasses. In order to prove the presence of nanoparticles, analyses of Transmission Electron Microscopy (TEM) were performed. These analyses allowed the observation of the size and of the shape of the formed nanoparticles. The composition of the nanoparticles was obtained by the electron diffraction technique performed during the transmission electron microscopy analyses. The nanoparticles obtained in the studied glassy systems presented themselves in metallic and crystalline form, with average size varying between 3 nm and 12 nm. For the B1 system doped with Yb2O3, the cooperative luminescence analyses from the glassy samples and the nanostructured fiber glasses were performed, and the interference of the nanoparticles was studied. For the systems doped with Pr2O3 and AgNO3 and with Er2O3 and AgNO3, it was studied the interference of the nanoparticles on the emissions. The most relevant results were obtained for the T1 system, prepared with Pr2O3, which presented significant enhancement of luminescence, nearly 100 %, in the presence of nanoparticles when compared to the samples heat treated for 1 h and 17 h. The decrease of the luminescence, observed for some samples, is attributed to the fact that the distance between the nanoparticles and the rare-earth ions is smaller than 5 nm. The results obtained show that the rare-earth emissions, that are more influenced, are those whose wavelengths are nearer of the plasmon resonance band of the nanoparticles.

Foram estudados os processos de transferência de energia (TE) dos níveis 4I13/2 ; 4I11/2 do Er3+ e 5I7 ; 5I6 do Ho3+ no LiYF4 (YLF) e no ZBLAN, para os íons desativadores Nd3+, Tb3+ ou Eu3+. Os microparâmetros de interação dessas TE foram obtidos utilizandose o método da integral de sobreposição e os resultados indicaram que o íon de Eu3+ é o melhor desativador do primeiro estado excitado do Ho3+ no YLF e o Nd3+ é o mais eficiente desativador do Er3+ no YLF e ZBLAN. A dependência temporal das fluorescências do Er3+ em 1,5 ; 2,7 m e do Ho3+ em 2,1 ; 2,9 m foram medidas utilizandose excitações laser pulsadas provenientes do Nd-YAG+2 +OPO sintonizável. Foi proposto um critério geral para a discriminação dos processos de TE assistidos pela migração da excitação entre doadores (difusão ou saltos). Verificou-se que o modelo de migração por difusão ajusta melhor os processos de TE do segundo estado excitado do doador (Er3+ or Ho3+) independentemente da razão CD-D / CD-A, enquanto que o modelo de migração por saltos aplica-se ao primeiro estado excitado do doador. Foi proposta uma modificação no modelo de saltos que descreve os resultados experimentais para sistemas com CD-D / CD-A> 10. Utilizando-se os parâmetros de TE verificamos que os melhores sistemas para a ação laser em 3µm são: Ho:Eu:YLF, Ho:Nd:YLF e Er:Nd:YLF. Por outro lado, verifica-se que os sistemas com baixas concentrações (1,5mol%) de Er:Nd; Er:Tb e Er:Eu no ZBLAN não apresentaram potencial de inversão de população para a ação laser em 2,8 m. Os processos de conversão ascendente no sistema Er:YLF foram estudados em função da concentração de Er3+, sendo que os processos de absorção de estado excitado (ESA) e de conversão ascendente por transferência de energia (ETU) foram discriminados utilizando as curvas de decaimento resolvidas no tempo. Observou-se que o comprimento de onda de excitação em 980nm é o mais adequado para o bombeamento do sistema Er:YLF para a emissão laser quase contínua (cw) em 2,8 m. A técnica de pump-probe foi utilizada a fim de serem investigados os efeitos nos tempos de vida do sistema Er:YLF, sendo verificada uma diminuição da contribuição da migração da excitação nos tempos de vida do primeiro e segundo estados excitados do Er3+ no YLF com o aumento da potência de bombeamento cw ( pump ). As taxas experimentais de TE, determinadas para os melhores sistemas por meio do parâmetro RN, foram utilizadas no sistema de equações de taxa e, resolvendo-as pelo método numérico de Runge-Kutta de 4a ordem, pudemos avaliar a densidade de população invertida para as emissões em 2,8 m do Er3+ e 2,9 m do Ho3+ em função das taxas de bombeamento e das concentrações dos íons ativador e desativador. A melhor concentração do sistema Er:YLF foi de 20mol% e no sistema Er:Nd:YLF foi de 4mol% de Er3+ e 1,5mol% de Nd3+. Verificou-se que o sistema Er(4mol%):Nd(1.5mol%):YLF favorece o aumento da freqüência máxima de operação de 14Hz no Er:YLF para 391Hz baseando-se na medida do tempo de vida do nível laser inferior (4I13/2) do Er3+. O sistema Ho3+ no YLF é otimizado utilizando-se 0,6mol% de Ho3+ e 1,5mol% de Nd3+ ou pelo sistema Ho(3mol%):Eu(1,2mol%):YLF, sendo que a densidade de população invertida observada no sistema Ho(3mol%):Eu(1,2mol%) é 2,4 vezes maior que no sistema Ho(0,6mol%):Nd(1,5mol%). / The energy transfer processes (ET) from the 4I13/2 ; 4I11/2 levels of Er3+ and 5I7 ; 5I6 levels of Ho3+ ions in LiYF4 (YLF) crystal and ZBLAN glass to Nd3+, Tb3+ or Eu3+ deactivators ions were studied. The microparameters of these energy transfer processes were determined using the overlap integral method, and showed that Eu3+ ion is the best deactivator of the first excited state of the Ho3+ in YLF, and Nd3+ is the best deactivator of the Er3+ in YLF and ZBLAN materials. The 1.5 and 2.7 m emissions of Er3+ and 2.1 and 2.9 m fluorescence of Ho3+ were measured using short laser pulses excitations from a tunable OPO pumped 2w-Nd:YAG laser system. We proposed a criterion for discriminating the energy transfer processes assisted by excitation migration (diffusion or hopping) among donors. It was observed that diffusion model describes the ET process from the second excited state of the donor (Er3+ or Ho3+) independently of the CD-D / CD-A ratio, while the hopping model can describe the ET process involving the first excited state of donor. We proposed a modification of the hopping model in order to describe the experimental results for systems having CD-D / CD-A 10. Using the ET parameters, we determined that the best systems for laser action at 3 m are the Ho:Eu:YLF, Ho:Nd:YLF and Er:Nd:YLF systems. On the other hand, we found that Er3+ doped (1.5mol%) ZBLAN glasses, single and co-doped with Nd3+, Tb3+ or Eu3+, do not show potential for laser action at 2.8 m. The up-conversion processes were studied in Er:YLF systems as a function of the Er3+ concentration, and the excited state absorption (ESA) and upconversion by energy transfer (ETU) processes were discriminated using a time resolved fluorescence decays. It was observed that 980nm is the most convenient wavelength for pumping the Er:YLF system for quasi cw laser operation at 2.8 m. The pump-probe technique was used to investigate the lifetime effects in Er:YLF system showing that the excitation migration contribution to the lifetime of the first and second excited states of Er3+ decrease with the laser pump power increasing. Using the ET experimental rates determined for the best systems previously chosen based on the RN parameter as the input in the rate equation system numeric solved by Runge-Kutta (4th order), it was possible to evaluate the population density inversion for 2.8 m (Er3+) and 2.9 m (Ho3+) as a function of the pumping rate, activators and deactivators concentrations. The best concentration found for Er:YLF system was 20mol%. The best concentrations in the case of Er:Nd:YLF system are 4mol% of Er3+ and 1.5mol% of Nd3+. A frequency increasing from 14Hz to 391Hz has been estimated as the maximum operation frequency for the Er(20mol%):YLF and Er(4mol%):Nd(1.5mol%):YLF, respectively, based on the measured 4I13/2 excited state lifetime of Er3+. The best concentrations of Ho3+ and deactivators found for the Ho-laser in YLF are Ho(0.6mol%):Nd(1.5mol%) and Ho(3mol%):Eu(1.2mol%). The Ho(3mol%):Eu(1.2mol%) system showed a population density inversion 2.4 times bigger than the one verified in Ho(0.6mol%):Nd(1.5mol%) system.

O presente trabalho aborda a síntese, caracterização e estudo fotoluminescente dos complexos tetrakis(&#946;-dicetonatos) de terras raras (M)[TR(acac)4] (M+ = Li+, Na+ e K+; TR3+ = Eu3+, Gd3+, Tb3+ e Tm3+; acac- = acetilacetonato). Os dados de análise elementar evidenciam que os complexos são anidros. A espectroscopia de absorção da região do infravermelho mostra que o ligante acetilacetonato encontra-se coordenado ao íon terra rara via átomos de oxigênio. Os dados de análise térmica indicam que os complexos são termicamente estáveis até 150 °C e que são anidros. A difração de raios X demonstra que os complexos apresentam estrutura cristalina e não são isomorfos. O estado tripleto (T1) do ligante acac foi determinado com base no espectro de fosforescência do complexo (Na)[Gd(acac)4], o qual se encontra em torno de 25000 cm-1. Os espectros de emissão dos complexos (M)[Eu(acac))4] (M+ = Na+ e K+) exibiram picos finos característicos das transições intraconfiguracionais do íon Eu3+(5D0&#8594;7FJ; J = 0-6). Com base nos dados espectrais foram determinados os parâmetros de intensidade experimentais (&#937;2 e &#937;4), os coeficientes de emissão radiativa (Arad), não radiativa (Anrad) e a eficiência quântica de emissão (&#951;) para o nível 5D0 do Eu3+. Os valores dos parâmetros &#937;2 para os complexos com contracátions Na+ e K+ foram semelhantes (~23,5 10-20cm2), indicando que em ambos o íon Eu3+ encontra-se em um ambiente químico bastante polarizável. Os valores de eficiência quântica de emissão &#951; (Na+ = 72% e K+ = e 65% ) indicam que estes complexos atuam como Dispositivos Moleculares Conversores de Luz (DMCL\'s). Os espectros de emissão dos complexos (M)[Tb(acac)4] (M+ = Na+ e K+) apresentaram picos finos oriundos das transições intraconfiguracionais 5D4&#8594;7FJ (J = 6-0) do íon Tb3+ e eficiente transferência intramolecular de energia ligante - Tb3+. Os complexos (M)[Tm(acac)4] (M+ = Li+, Na+ e K+) apresentam nos espectros de emissão bandas finas correspondentes às transições 1G4&#8594;3H6, 1G4&#8594;3F4 e 1G4&#8594;3H5 do íon Tm3+. Não foi observada nesses espectros uma banda alargada originária da fosforescência do acac, indicando que a transferência intramolecular de energia para o íon Tm3+ é eficiente. A partir dos espectros de emissão dos complexos dos íons Eu3+, Tb3+ e Tm3+, foram determinadas as suas coordenadas no diagrama de cromaticidade CIE na região do vermelho, verde e azul, respectivamente, sugerindo potencial aplicação desses compostos em sistemas full-color. / This work covers the synthesis, characterization and photoluminescent study of the rare earths tetrakis¨&#946;-diketonate) complexes (M)[RE(acac)4] (M+ = Li+, Na+ and K+; RE3+ = Eu3+, Gd3+, Tb3+ and Tm3+; acac- = acetylacetonate). Data from elemental analysis shows that the complexes are anhydrous. The absorption spectroscopy in the infrared region shows that the acetylacetonate ligand is coordinated to the rare earth ion by the oxygen atoms. Thermal analysis data indicate that the complexes are thermally stable up to 150° C and that they are anhydrous. The X-ray powder diffraction demonstrates that the complex has crystalline structure and that they are not isomorphs. The first excited triplet state (T1) of the acetylacetonate ligand is determined based on the phosphorescence spectrum of the (Na)[Gd(acac)4] complex, which lies around 25000 cm-1. The emission spectra of the (M)[Eu(acac)4] (M+ = Na+ and K+) complexes showed the narrow peaks characteristic of the Eu3+ intraconfigurational transitions (5D0&#8594;7FJ; J = 0-6). Based on the spectral data, it was determined the experimental intensity parameters (&#937;2 and &#937;4), the coefficients of radiative (Arad) and non-radiative decay (Anrad) and the quantum efficiency (&#951;) of the 5D0 emitting level of the Eu3+ ion. The &#937;2 values of the complexes with Na+ and K+ countercations were similar (23.510-20 cm2), showing that in both cases the Eu3+ ion is in a very polarizable chemical environment. The quantum efficiency values &#951; (Na+ = 72% and K+ = 65%) indicate that these complexes may act as Light-Converting Molecular Devices (LCMD\'s). The emission spectra of (M)[Tb(acac)4] (M+ = Na+ and K+) complexes showed narrow peaks arising from 5D4&#8594;7FJ (J = 6-0) intraconfigurational transitions of Tb3+ ion, and also efficient ligand-Tb3+ intramolecular energy transfer. The (M) [Tm(acac)4] (M+ = Li+, Na+ and K+) complexes present narrow bands in its emission spectra corresponding to the transitions 1G4&#8594;3H6, 1G4&#8594;3F4 and 1G4&#8594;3H5 of Tm3+ ion. It was not observed in these spectra any broad band originated from the acac transitions, indicating an efficient intramolecular energy transfer from the ligand to the Tm3+ ion. Based on the emission spectra of the (M)[RE(acac)4] complexes, it was determined their coordinates on the CIE chromaticity diagram in the region of red (Eu3+), green (Tb3+) and blue (Tm3+), suggesting the potential application of these compounds in full-color systems.