O trabalho apresentado nessa dissertação concentra-se na área de espectroscopia de íons terras raras com aplicação em biofotônica e foi desenvolvido através da síntese de partículas de fluoreto de bário e gadolínio dopada com o par Yb3+/Tm3+ para estudos conversão ascendente de energia, além da tentativa de crescimento desse material nos poros de uma nanoesfera de sílica. Os materiais a base de fluoretos foram sintetizados através de metodologia hidrotermal com agente complexante citrato de sódio variando a concentração de dopagem do par Yb3+/Tm3+ produzindo três diferentes materiais luminescentes que apresentou conversão ascendente em energia e emissões características do íon túlio a partir da excitação em 980 nm (BaGdF5YbTm nos quais a razão (porcentagem mol/mol) Yb/Tm foi igual à 18/0,5; 20/1 e 10/0,5), além de um quarto material dopado com o íon Eu3+ para estudos estruturais e espectroscópicos acerca da matriz (BaGdF5Eu Gd/Eu 1% mol/mol). Todos os materiais obtidos pela metodologia são cristalinos e apresentaram fase cúbica da solução sólida de BaGdF5. Ademais, dois materiais híbridos, contendo sílica e fluoreto, foram preparados. O primeiro, recobrimento das partículas de fluoreto com sílica (SiO2), apresentou resultados diferentes do que foi previamente reportado por esse grupo de pesquisa, direcionando os estudos ao segundo material, que consistiu no crescimento de partículas de fluoreto dentro dos poros de uma nanoesfera de sílica (SiO2). Neste último, os materiais apresentaram manutenção da morfologia esférica precursora das nanoesferas de sílica além de, para uma amostra sintetiza hidrotermicamente na ausência de citrato de sódio, promover o aparecimento da banda 1D4 5H6 e serão conduzidas para testes biológicos subsequentes como citotoxicidade. / The work presented herein focuses on the area of rare earth spectroscopy with application in biophotonics and it was developed through the synthesis of barium and gadolinium fluoride particles doped with the Yb3+/Tm3+ pair for upconversion studies and the attempt to grow the material in the pores of a silica nanosphere. Biophotonic has been an area of growing interest for the last 30 years, it studies the interaction between light and living matter seeking new technologies in order to characterize, image, diagnose and treat a complexity of dysfunctions in biological material. The search and development of new materials for bioimaging is a need that involves several areas of knowledge. In this work, fluoride-based materials were synthesized by hydrothermal method by varying the doping concentration of Yb3+/Tm3+ pair producing 3 different luminescent materials (BaGdF5YbTm - in which the ratio (mole/mole percentage) Yb/Tm was equal to 18/0,5; 20/1 and 10/0,5). In addition, a fourth material doped with Eu3+ was synthetized for structural and spectroscopic studies on the matrix (BaGdF5Eu - Gd / Eu 1 mol% mol). All materials obtained by this method were crystalline and presented cubic phase of BaGdF5 solid solution. Moreover, two multifunctional materials were prepared. The first was obtained by coating the fluoride particles with silica (SiO2) presented different results than previously reported by this research group, directing the studies to the second material, which consisted of the growth of fluoride particles inside the pores of a nanosphere of silica (SiO 2). In the latter, the materials showed maintenance of the precursor spherical morphology of silica nanospheres and, for a hydrothermally synthesized sample in the absence of sodium citrate, promote the appearance of the 1D4 5H6 band and will be conducted for subsequent biological tests as cytotoxicity.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Uma forte demanda por materiais mais compactados, de baixo custo e de fÃcil fabricaÃÃo sÃo necessÃrios para diversas aplicaÃÃes tecnolÃgicas, neste sentido diversos materiais cerÃmicos sÃo candidatos por suas propriedades dielÃtricas e Ãpticas. Neste presente trabalho, foram investigadas as propriedades estruturais, dielÃtricas e Ãpticas da fase ortorrÃmbica da matriz cerÃmica ferroelÃtrica CaBi4Ti4O15, uma pseudo-perosviskita de estrutura de camada de bismuto (BLSFs) do grupo espacial A21am da famÃlia aurivillius, preparada pelo mÃtodo do estado sÃlido e sinterizada em baixas temperaturas. A preparaÃÃo das amostras para anÃlise estrutural e dielÃtrica, tiveram a adiÃÃo de pentÃxido de vanÃdio (V2O5) à fase CaBi4Ti4O15 calcinada, em proporÃÃes de 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 e 5.0 % em massa. Para obtenÃÃo das propriedades Ãpticas, a matriz cerÃmica pura foi dopada com os Ãons terras raras Ãrbio III (Er2O3) e Ãxido de itÃrbio III (Yb2O3). O estudo da estrutura e composiÃÃo das amostras foi feito atravÃs de difraÃÃo de raios-X e a confirmaÃÃo da fase Ãnica foi feita pelo Refinamento Rietveld. A caracterizaÃÃo vibracional foi obtida atravÃs da Espectroscopia Raman (SR). O estudo da morfologia, para anÃlise de grÃo e contorno de grÃo, foi realizado atravÃs de Microscopia EletrÃnica de Varredura. A caracterizaÃÃo dielÃtrica em radio freqÃÃncia foi realizada por Espectroscopia em ImpedÃncia a qual se verificou dois mecanismos de condutividade para todas as amostras analisadas, um em baixa freqÃÃncia e outro em alta freqÃÃncia. Os modelos de relaxaÃÃo dielÃtrica se aproximam do modelo do tipo Cole-Cole. As medidas na faixa de microondas foram obtidas utilizando-se o mÃtodo hakki-coleman e monopolo, chegou-se a um coeficiente de temperatura da frequÃncia de ressonÃncia (tAU f) prÃximo de zero com adiÃÃo de V2O5. As medidas de permissividade dielÃtrica em radiofreqÃÃncia e microondas, realizadas em temperatura ambiente, tiveram um alto valor constante (εr ≈ 150) com a adiÃÃo de 1% de V2O5, e um valor da tangente de perda relativamente baixa em relaÃÃo à famÃlia de Aurivillus (tan[δ] ≈10-2 ) em 2 GHz.. Uma simulaÃÃo numÃrica foi realizada com cada amostra verificando-se aproximaÃÃo com os dados experimentais. Nas amostras dopadas com terras raras foi verificado o fenÃmeno de conversÃo ascendente de energia com a presenÃa de bandas intensas amostras de emissÃo de luz visÃvel na regiÃo do verde e de bandas de menor intensidade na regiÃo do vermelho. O Material investigado tem potencial para aplicaÃÃo em memÃrias volÃteis, filtros capacitivos e componentes Ãpticos, como sensores, cÃlulas fotoelÃtricas e leds. / A strong demand for compressed materials, low cost and easy to manufacture are needed for various technological applications, in this sense many ceramics are candidates for its dielectric and optical properties .In this work, structural, dielectric and optical phase of the orthorhombic ferroelectric ceramic matrixCaBi4Ti4O15were investigated, one pseudo-perovskite bismuth layer structure (BLSFs) of space group A21am of the aurivillius family, prepared by the solid state method and sintered in low temperatures. Sample preparation for structural analysis and dielectric, had the addition of vanadium pentÃxido (V2O5) to the phase CaBi4Ti4O15 calcined in ratios of 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 and 5.0% by mass. To obtain optical properties of the ceramic matrix doped with rare earth ions erbiumIII (Er2O3) and III ytterbium oxide (Yb2O3). The study of the structure and composition of the samples was done by X-ray diffraction and confirmation was made by single stage rietveld refinement. The vibrational characteristics was obtained by Raman spectroscopy (RS). The morphology study off or analysis of grain and grain boundary, was performed by scanning electron microscopy. The dielectric characterization of radio frequency spectroscopy was performed in impedance which occurred two conductivity mechanisms for all samples, one at low frequency and the on the rat high frequency. Models of dielectric relaxation approach the Cole-Cole type model. Measures in the microwave range were obtained using the hakki-coleman method and monopole, which gave a temperature coefficient of resonant frequency (f) close to zero with the addition of V2O5. The dielectric permittivity measurements in radiofrequency and microwave, performe dat room temperature, had a high constant value (εr≈150) with the addition of 1%V2O5, and a value of relatively low loss tangent for family aurivillus (tan[δ]≈10-2) at 2 GHz. A numerical simulation was performed with each sample verifying approach with the experimental data. In rare earth doped samples was checked energy up-conversion phenomenon with the presence of intense bands samples of visible light emission in the green region and a less intense bands in thered region.The investigated material has potential for application in volatile memories, capacitive filters and optical components such as sensors, solar cells and LEDs.

O trabalho apresentado nessa dissertação concentra-se na área de espectroscopia de íons terras raras com aplicação em biofotônica e foi desenvolvido através da síntese de partículas de fluoreto de bário e gadolínio dopada com o par Yb3+/Tm3+ para estudos conversão ascendente de energia, além da tentativa de crescimento desse material nos poros de uma nanoesfera de sílica. Os materiais a base de fluoretos foram sintetizados através de metodologia hidrotermal com agente complexante citrato de sódio variando a concentração de dopagem do par Yb3+/Tm3+ produzindo três diferentes materiais luminescentes que apresentou conversão ascendente em energia e emissões características do íon túlio a partir da excitação em 980 nm (BaGdF5YbTm nos quais a razão (porcentagem mol/mol) Yb/Tm foi igual à 18/0,5; 20/1 e 10/0,5), além de um quarto material dopado com o íon Eu3+ para estudos estruturais e espectroscópicos acerca da matriz (BaGdF5Eu Gd/Eu 1% mol/mol). Todos os materiais obtidos pela metodologia são cristalinos e apresentaram fase cúbica da solução sólida de BaGdF5. Ademais, dois materiais híbridos, contendo sílica e fluoreto, foram preparados. O primeiro, recobrimento das partículas de fluoreto com sílica (SiO2), apresentou resultados diferentes do que foi previamente reportado por esse grupo de pesquisa, direcionando os estudos ao segundo material, que consistiu no crescimento de partículas de fluoreto dentro dos poros de uma nanoesfera de sílica (SiO2). Neste último, os materiais apresentaram manutenção da morfologia esférica precursora das nanoesferas de sílica além de, para uma amostra sintetiza hidrotermicamente na ausência de citrato de sódio, promover o aparecimento da banda 1D4 5H6 e serão conduzidas para testes biológicos subsequentes como citotoxicidade. / The work presented herein focuses on the area of rare earth spectroscopy with application in biophotonics and it was developed through the synthesis of barium and gadolinium fluoride particles doped with the Yb3+/Tm3+ pair for upconversion studies and the attempt to grow the material in the pores of a silica nanosphere. Biophotonic has been an area of growing interest for the last 30 years, it studies the interaction between light and living matter seeking new technologies in order to characterize, image, diagnose and treat a complexity of dysfunctions in biological material. The search and development of new materials for bioimaging is a need that involves several areas of knowledge. In this work, fluoride-based materials were synthesized by hydrothermal method by varying the doping concentration of Yb3+/Tm3+ pair producing 3 different luminescent materials (BaGdF5YbTm - in which the ratio (mole/mole percentage) Yb/Tm was equal to 18/0,5; 20/1 and 10/0,5). In addition, a fourth material doped with Eu3+ was synthetized for structural and spectroscopic studies on the matrix (BaGdF5Eu - Gd / Eu 1 mol% mol). All materials obtained by this method were crystalline and presented cubic phase of BaGdF5 solid solution. Moreover, two multifunctional materials were prepared. The first was obtained by coating the fluoride particles with silica (SiO2) presented different results than previously reported by this research group, directing the studies to the second material, which consisted of the growth of fluoride particles inside the pores of a nanosphere of silica (SiO 2). In the latter, the materials showed maintenance of the precursor spherical morphology of silica nanospheres and, for a hydrothermally synthesized sample in the absence of sodium citrate, promote the appearance of the 1D4 5H6 band and will be conducted for subsequent biological tests as cytotoxicity.

Orientador: Marcelo Nalin / Resumo: Sistemas foto-termo-refrativos obtidos a partir de alumino-silicatos dopados com Ce4+, Ag+, Sb3+ e Sn2+ tem sido amplamente estudado nestas últimas década por Glebov e Nikonorov devido a crescente necessidade de desenvolvimento de novos dispositivos que atuem em sistemas ópticos e fotônicos. Estes sistemas produzidos atualmente apresentam índice de refração ~ 1,5 o que limita a observação de efeitos não lineares e transparência na região de baixa energia restrita ao infravermelho próximo. Além disso, como os sistemas atualmente conhecidos são multicomponentes, a compreensão do mecanismo por trás da foto-termo sensibilidade ainda não está completamente elucidada. Neste contexto, a síntese de novas composições de sistemas vítreos, com mecanismos mais simples, com índice de refração mais elevado e transparência na região do infravermelho médio se mostram interessantes pois ampliam as possibilidades de aplicações nas áreas acima citadas. Neste trabalho foram sintetizados e caracterizados vidros foto-termo-refrativos contendo óxidos e oxifluoretos de metais pesados com índice de refração > 2 e transparência desde a região do UV-Vis até o infravermelho médio (~ 7µm). As sínteses foram feitas combinando diferentes óxidos e fluoretos, tais como, Ga2O3, GeO2, PbO, Bi2O3, LaF3 e NaF e utilizando a técnica de fusão seguida de choque térmico, com posterior tratamento térmico controlado. As propriedades térmicas dos novos materiais foram estudadas por calorimetria diferencial de varredura... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Photo-thermo-refractive systems obtained from Alumino-silicates doped with Ce4+, Ag+, Sb3+ and Sn2+ has been extensively studied in recent decades by Glebov and Nikonorov due to the growing need for new devices that act in optical and photonic systems. These systems present refractive index ~ 1.5, which limits the observation of nonlinear effects and as well as the transparency in the region of low energy restricted to near infrared. In addition, as the currently known systems are multi-component, the understanding of the mechanism behind the photo-thermo sensitivity is is complex and not completely elucidated yet. In this context, the synthesis of new vitreous compositions with simplest mechanisms, with higher refraction index and transparency extended up to middle infrared region are interesting because they broaden the possibilities of applications in the areas mentioned above. In this work, we synthesized and characterized photo-thermo-refractive glass containing heavy metals oxides and oxifluorides components with refractive index higher than 2 and transparency window from UV-Vis to the medium infrared (~ 7 µm). The syntheses were made by combining different oxides and fluorides, such as, Ga2O3, GeO2, PbO, Bi2O3, LaF3 and NaF and using the melt-quenching technique with subsequent controlled heat treatment. The thermal properties of the new materials were studied by differential scanning calorimetry (DSC). The structural properties were evaluated by Raman spectroscopy and... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

CAMPOS FILHO, Múcio Costa. Estudo das propriedades dielétricas e ópticas na matriz cerâmica CaBi4Ti4O15 com adição de V2O5, Er2O3 e Yb2O3. 2015. 169 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-26T21:58:54Z No. of bitstreams: 1 2015_tese_mccamposfilho.pdf: 9304166 bytes, checksum: 0448bdd2063e3fc697dee9f5c6efb532 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-26T21:59:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_tese_mccamposfilho.pdf: 9304166 bytes, checksum: 0448bdd2063e3fc697dee9f5c6efb532 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-26T21:59:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_tese_mccamposfilho.pdf: 9304166 bytes, checksum: 0448bdd2063e3fc697dee9f5c6efb532 (MD5) Previous issue date: 2015 / A strong demand for compressed materials, low cost and easy to manufacture are needed for various technological applications, in this sense many ceramics are candidates for its dielectric and optical properties .In this work, structural, dielectric and optical phase of the orthorhombic ferroelectric ceramic matrixCaBi4Ti4O15were investigated, one pseudo-perovskite bismuth layer structure (BLSFs) of space group A21am of the aurivillius family, prepared by the solid state method and sintered in low temperatures. Sample preparation for structural analysis and dielectric, had the addition of vanadium pentóxido (V2O5) to the phase CaBi4Ti4O15 calcined in ratios of 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 and 5.0% by mass. To obtain optical properties of the ceramic matrix doped with rare earth ions erbiumIII (Er2O3) and III ytterbium oxide (Yb2O3). The study of the structure and composition of the samples was done by X-ray diffraction and confirmation was made by single stage rietveld refinement. The vibrational characteristics was obtained by Raman spectroscopy (RS). The morphology study off or analysis of grain and grain boundary, was performed by scanning electron microscopy. The dielectric characterization of radio frequency spectroscopy was performed in impedance which occurred two conductivity mechanisms for all samples, one at low frequency and the on the rat high frequency. Models of dielectric relaxation approach the Cole-Cole type model. Measures in the microwave range were obtained using the hakki-coleman method and monopole, which gave a temperature coefficient of resonant frequency (f) close to zero with the addition of V2O5. The dielectric permittivity measurements in radiofrequency and microwave, performe dat room temperature, had a high constant value (εr≈150) with the addition of 1%V2O5, and a value of relatively low loss tangent for family aurivillus (tan[δ]≈10-2) at 2 GHz. A numerical simulation was performed with each sample verifying approach with the experimental data. In rare earth doped samples was checked energy up-conversion phenomenon with the presence of intense bands samples of visible light emission in the green region and a less intense bands in thered region.The investigated material has potential for application in volatile memories, capacitive filters and optical components such as sensors, solar cells and LEDs. / Uma forte demanda por materiais mais compactados, de baixo custo e de fácil fabricação são necessários para diversas aplicações tecnológicas, neste sentido diversos materiais cerâmicos são candidatos por suas propriedades dielétricas e ópticas. Neste presente trabalho, foram investigadas as propriedades estruturais, dielétricas e ópticas da fase ortorrômbica da matriz cerâmica ferroelétrica CaBi4Ti4O15, uma pseudo-perosviskita de estrutura de camada de bismuto (BLSFs) do grupo espacial A21am da família aurivillius, preparada pelo método do estado sólido e sinterizada em baixas temperaturas. A preparação das amostras para análise estrutural e dielétrica, tiveram a adição de pentóxido de vanádio (V2O5) à fase CaBi4Ti4O15 calcinada, em proporções de 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 e 5.0 % em massa. Para obtenção das propriedades ópticas, a matriz cerâmica pura foi dopada com os íons terras raras érbio III (Er2O3) e óxido de itérbio III (Yb2O3). O estudo da estrutura e composição das amostras foi feito através de difração de raios-X e a confirmação da fase única foi feita pelo Refinamento Rietveld. A caracterização vibracional foi obtida através da Espectroscopia Raman (SR). O estudo da morfologia, para análise de grão e contorno de grão, foi realizado através de Microscopia Eletrônica de Varredura. A caracterização dielétrica em radio freqüência foi realizada por Espectroscopia em Impedância a qual se verificou dois mecanismos de condutividade para todas as amostras analisadas, um em baixa freqüência e outro em alta freqüência. Os modelos de relaxação dielétrica se aproximam do modelo do tipo Cole-Cole. As medidas na faixa de microondas foram obtidas utilizando-se o método hakki-coleman e monopolo, chegou-se a um coeficiente de temperatura da frequência de ressonância (tAU f) próximo de zero com adição de V2O5. As medidas de permissividade dielétrica em radiofreqüência e microondas, realizadas em temperatura ambiente, tiveram um alto valor constante (εr ≈ 150) com a adição de 1% de V2O5, e um valor da tangente de perda relativamente baixa em relação à família de Aurivillus (tan[δ] ≈10-2 ) em 2 GHz.. Uma simulação numérica foi realizada com cada amostra verificando-se aproximação com os dados experimentais. Nas amostras dopadas com terras raras foi verificado o fenômeno de conversão ascendente de energia com a presença de bandas intensas amostras de emissão de luz visível na região do verde e de bandas de menor intensidade na região do vermelho. O Material investigado tem potencial para aplicação em memórias voláteis, filtros capacitivos e componentes ópticos, como sensores, células fotoelétricas e leds.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-20T11:38:47Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ariadne Canedo Eduardo - 2015.pdf: 1635500 bytes, checksum: 5c68f75920a8fc69b6de996110938818 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-20T11:40:09Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ariadne Canedo Eduardo - 2015.pdf: 1635500 bytes, checksum: 5c68f75920a8fc69b6de996110938818 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-20T11:40:09Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ariadne Canedo Eduardo - 2015.pdf: 1635500 bytes, checksum: 5c68f75920a8fc69b6de996110938818 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-02-26 / In recent years, research in the nanocomposites area of core-shell type increased significantly. The core-shell type nanoparticles with photoluminescence properties (PL) attract much attention from the scientific community. Are also of great interest nanoparticles that exhibit the upconversion energy, i.e. they absorbing low energy photons and emission high-energy photons. The present work has as objective nanocomposites synthesis of core-shell type, with CaTiO3 matrix (CT) and doped with rare earth ions Er3+ and Yb3+ in a variety composition and variations, to analysis the photoluminescent properties. The nanoparticles of the core and shell were obtained by the Method of Polymeric Precursors. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD) for structural characterization, and it was found that All samples presented the perovskite structure of the orthorhombic type. The characterization by Transmission Electron Microscopy (TEM) failed to demonstrate the formation of core-shell, requiring analysis by Energy Dispersive X-ray (EDX), which showed the presence of rare earth Er3+ and Yb3+ in the different layers. The UV-Vis gap allowed the calculation of the shell and core samples. The PL emission results were used to relate the thickness of the shell and the intensity of the emission. On the other hand, to study the upconversion energy, core materials showed a higher intensity than in the core-shell; the best intensity in the core-shell was found with doping the core with Yb3+ and Yb3+ with shell and Er3+ suggesting the transfer of energy between the layers. / Nos últimos anos, pesquisas na área de nanocompósitos do tipo core-shell cresceram significativamente. Atualmente nanopartículas do tipo core-shell com propriedades fotoluminescente (FL) atraem muita atenção da comunidade científica. Também são de grande interesse nanopartículas que apresentam a conversão ascendente de energia, ou seja, absorção de fótons de baixa energia e emissão de fótons de alta energia. O presente trabalho teve como objetivo a síntese de nanocompósitos do tipo core-shell, com a matriz CaTiO3 (CT) e dopagem com os íons terras raras Er3+ e Yb3+ nas mais variadas composições, para análise da propriedade fotoluminescente. As nanopartículas do core e do shell foram obtidas pelo Métodos dos Precursores Poliméricos. As amostras foram caracterizadas por Difração de Raios X (DRX) para caracterização estrutural, e foi constatada que todas as amostras apresentaram a estrutura perovsquita do tipo ortorrômbica. A caracterização por Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) não foi conclusiva quanto a formação do core-shell, sendo necessária a análise por Energia Dispersiva de Raios X (EDX), na qual verificou-se a presença das terras raras Er3+ e Yb3+ nas diferentes camadas. A espectroscopia de UV-Vis permitiu o cálculo do gap para as amostras core e shell. Os resultados de emissão FL foram utilizados para relacionar a espessura do shell e a intensidade da emissão. Por outro lado, ao estudar a conversão ascendente de energia, os materiais core apresentaram maior intensidade do que no core-shell; a melhor intensidade no core-shell foi verificada com a dopagem do core com Yb3+ e do shell com Yb3+ e Er3+, sugerindo a transferência de energia entre as camadas.

A busca por alternativas viáveis de produção de energia limpa e renovável, utilizando recursos naturais, tem sido um grande desafio. Em especial, o interesse no uso da energia solar para obter energia elétrica tem aumentado. Todavia, as células solares convencionais que são confeccionadas a partir de silício cristalino (Si-c) apresentam uma eficiência de conversão limitada, principalmente, devido às perdas por incompatibilidade espectral. Sendo assim, um dos objetivos dos pesquisadores na área de fotovoltaicos tem sido converter eficientemente fótons da região do visível do espectro solar para a região do infravermelho, onde a célula solar de Si-c possui maior eficiência. A eficiência desta conversão poderia ser melhorada de 28% até 40% usando conversores de energia compostos por íons terras raras. Neste trabalho foram estudadas as propriedades espectroscópicas dos íons terras raras Térbio (Tb3+) e Itérbio (Yb3+), embebidos em três diferentes materiais: vidro aluminosilicato de cálcio com baixa concentração de sílica (7%) (LSCAS), vidro tetraborato de cálcio-lítio (Calibo) e nano-cristais de óxido de zircônia (ZrO2). Sendo assim, nossos estudos visam elucidar os mecanismos geradores dos processos de conversão ascendente e descendente de energia. No processo de conversão ascendente de energia há conversão dos fótons de excitação de baixa energia na região do infravermelho em fótons de alta energia na região do visível. Por outro lado, no processo de conversão descendente de energia ocorre a conversão dos fótons de excitação de alta energia na região do ultravioleta/visível em um ou mais fótons de baixa energia na região do infravermelho. As propriedades espectroscópicas dos materiais estudados foram discutidas a partir das medidas de absorção, luminescência, excitação, evolução temporal da luminescência, curva de potência, difração de raios-X, X-Ray Absorption Near Edge Structure e ressonância paramagnética eletrônica, em função da concentração dos íons Tb3+ e Yb3+. Os resultados mostraram que todas as amostras apresentam conversão ascendente de energia. Assim como, em todas as amostras ocorre o processo de conversão descendente de energia. Em ambos os processos foram identificados os mecanismos geradores dos mesmos. Estes resultados mostram um avanço nos estudos dos processos de conversão ascendente e descendente de energia em sistemas co-dopados com íons Tb3+ e Yb3+. Os resultados sugerem que os materiais estudados podem ser empregados para aumentar a eficiência de conversão da célula solar de Si-c via conversão descendente de energia. / The search for possible alternatives to produce clean and renewable energy using the natural resources has been a great challenge. In particular, the interest to use the solar energy to produce electricity has been increased. However, crystalline silicon-based (c-Si) conventional solar cells have limited conversion efficiency, mainly due to spectral mismatch losses. Thus, one of the goals of some researchers in the photovoltaic field has been to efficiently convert photons in the visible region of the solar spectrum to the infrared region, where the c-Si solar cell has its higher efficiency. The efficiency of this conversion could be enhanced from 28% up to 40% using energy converters based on rare-earths ions. In this work, the spectroscopic properties of rare earth ions, such as Terbium (Tb3+) and Ytterbium (Yb3+) embedded in three different materials were studied: low- silica calcium aluminosilicate glass (7%) (LSCAS), lithium calcium tetraborate glass (Calibo) and zirconium oxide nano-crystals (ZrO2). Thus, our studies aimed to elucidate the mechanisms that generate the Up-conversion and Down-conversion processes. In the Up-conversion process, there is the conversion of the low-energy excitation photons in the near-infrared to high-energy photons in the visible. On the other hand, in the Down-conversion process there is the conversion of the high-energy excitation photons in the ultraviolet/visible region to low-energy photons in the near-infrared region. The optical properties of the studied materials were discussed through absorption, luminescence, excitation, temporal evolution of the luminescence, power curve, X-ray diffraction, X-Ray Absorption Near Edge Structure and electron paramagnetic resonance measurements, as a function of the concentration of Tb3+ and Yb3+ ions. The results showed that all samples exhibit Up-conversion process. In addition, in all samples occurs the Down-conversion process. In both processes were identified the mechanisms that produce them. These results show a breakthrough in the studies of the Up-conversion and Down-conversion processes in Tb3+ and Yb3+ co-doped systems. The results suggest that the materials are applicable in enhancing the conversion efficiency of the Si-c solar cell via NIR Down-conversion.

A busca por alternativas viáveis de produção de energia limpa e renovável, utilizando recursos naturais, tem sido um grande desafio. Em especial, o interesse no uso da energia solar para obter energia elétrica tem aumentado. Todavia, as células solares convencionais que são confeccionadas a partir de silício cristalino (Si-c) apresentam uma eficiência de conversão limitada, principalmente, devido às perdas por incompatibilidade espectral. Sendo assim, um dos objetivos dos pesquisadores na área de fotovoltaicos tem sido converter eficientemente fótons da região do visível do espectro solar para a região do infravermelho, onde a célula solar de Si-c possui maior eficiência. A eficiência desta conversão poderia ser melhorada de 28% até 40% usando conversores de energia compostos por íons terras raras. Neste trabalho foram estudadas as propriedades espectroscópicas dos íons terras raras Térbio (Tb3+) e Itérbio (Yb3+), embebidos em três diferentes materiais: vidro aluminosilicato de cálcio com baixa concentração de sílica (7%) (LSCAS), vidro tetraborato de cálcio-lítio (Calibo) e nano-cristais de óxido de zircônia (ZrO2). Sendo assim, nossos estudos visam elucidar os mecanismos geradores dos processos de conversão ascendente e descendente de energia. No processo de conversão ascendente de energia há conversão dos fótons de excitação de baixa energia na região do infravermelho em fótons de alta energia na região do visível. Por outro lado, no processo de conversão descendente de energia ocorre a conversão dos fótons de excitação de alta energia na região do ultravioleta/visível em um ou mais fótons de baixa energia na região do infravermelho. As propriedades espectroscópicas dos materiais estudados foram discutidas a partir das medidas de absorção, luminescência, excitação, evolução temporal da luminescência, curva de potência, difração de raios-X, X-Ray Absorption Near Edge Structure e ressonância paramagnética eletrônica, em função da concentração dos íons Tb3+ e Yb3+. Os resultados mostraram que todas as amostras apresentam conversão ascendente de energia. Assim como, em todas as amostras ocorre o processo de conversão descendente de energia. Em ambos os processos foram identificados os mecanismos geradores dos mesmos. Estes resultados mostram um avanço nos estudos dos processos de conversão ascendente e descendente de energia em sistemas co-dopados com íons Tb3+ e Yb3+. Os resultados sugerem que os materiais estudados podem ser empregados para aumentar a eficiência de conversão da célula solar de Si-c via conversão descendente de energia. / The search for possible alternatives to produce clean and renewable energy using the natural resources has been a great challenge. In particular, the interest to use the solar energy to produce electricity has been increased. However, crystalline silicon-based (c-Si) conventional solar cells have limited conversion efficiency, mainly due to spectral mismatch losses. Thus, one of the goals of some researchers in the photovoltaic field has been to efficiently convert photons in the visible region of the solar spectrum to the infrared region, where the c-Si solar cell has its higher efficiency. The efficiency of this conversion could be enhanced from 28% up to 40% using energy converters based on rare-earths ions. In this work, the spectroscopic properties of rare earth ions, such as Terbium (Tb3+) and Ytterbium (Yb3+) embedded in three different materials were studied: low- silica calcium aluminosilicate glass (7%) (LSCAS), lithium calcium tetraborate glass (Calibo) and zirconium oxide nano-crystals (ZrO2). Thus, our studies aimed to elucidate the mechanisms that generate the Up-conversion and Down-conversion processes. In the Up-conversion process, there is the conversion of the low-energy excitation photons in the near-infrared to high-energy photons in the visible. On the other hand, in the Down-conversion process there is the conversion of the high-energy excitation photons in the ultraviolet/visible region to low-energy photons in the near-infrared region. The optical properties of the studied materials were discussed through absorption, luminescence, excitation, temporal evolution of the luminescence, power curve, X-ray diffraction, X-Ray Absorption Near Edge Structure and electron paramagnetic resonance measurements, as a function of the concentration of Tb3+ and Yb3+ ions. The results showed that all samples exhibit Up-conversion process. In addition, in all samples occurs the Down-conversion process. In both processes were identified the mechanisms that produce them. These results show a breakthrough in the studies of the Up-conversion and Down-conversion processes in Tb3+ and Yb3+ co-doped systems. The results suggest that the materials are applicable in enhancing the conversion efficiency of the Si-c solar cell via NIR Down-conversion.