Master of Science / Department of Geology / Matthew Totten / The REE distribution patterns and total concentrations of the organic matter of the Woodford shale reveal a potential avenue to investigate hydrocarbon maturation processes in a source rock. Ten samples of the organic matter fraction and 10 samples of the silicate-carbonate fraction of the Woodford shale from north central Oklahoma were analyzed by methods developed at KSU. Thirteen oil samples from Woodford Devonian oil and Mississippian oil samples were analyzed for REE also. REE concentration levels in an average shale range from 170 ppm to 185 ppm, and concentration levels in modern day plants occur in the ppb levels. The REE concentrations in the organic matter of the Woodford Shale samples analyzed ranged from 300 to 800 ppm. The high concentrations of the REEs in the Woodford Shale, as compared to the modern-day plants, are reflections of the transformations of buried Woodford Shale organic materials in post-depositional environmental conditions with potential contributions of exchanges of REE coming from associated sediments. The distribution patterns of REEs in the organic materials normalized to PAAS (post-Archean Australian Shale) had the following significant features: (1) all but two out of the ten samples had a La-Lu trend with HREE enrichment in general, (2) all but two samples showed Ho and Tm positive enrichments, (3) only one sample had positive Eu anomalies, (4) three samples had Ce negative anomalies, although one was with a positive Ce anomaly, (5) all but three out of ten had MREE enrichment by varied degrees. It is hypothesized that Ho and Tm positive anomalies in the organic materials of the Woodford Shale are reflections of enzymic influence related to the plant physiology. Similar arguments may be made for the Eu and the Ce anomalies in the Woodford Shale organic materials. The varied MREE enrichments are likely to have been related to some phosphate mineralization events, as the Woodford Shale is well known for having abundant presence of phosphate nodules. The trend of HREE enrichment in general for the Woodford Shale organic materials can be related to inheritance from sources with REE-complexes stabilized by interaction between the metals and carbonate ligands or carboxylate ligands or both. Therefore, a reasonable suggestion about the history of the REEs in the organic materials would be that both source and burial transformation effects of the deposited organic materials in association with the inorganic constituents had an influence on the general trend and the specific trends in the distribution patterns of the REEs. This study provides a valuable insight into the understandings of the REE landscapes in the organic fraction of the Woodford Shale in northern Oklahoma, linking these understandings to the REE analysis of an oil generated from the same source bed and comparing it to oil produced from younger Mississippian oil. The information gathered from this study may ultimately prove useful to trace the chemical history of oils generated from the Woodford Shale source beds.

Master of Science / Department of Geology / Matthew Totten / There are some who hold the view that liquid hydrocarbons in the upper Paleozoic formations in Kansas are being locally derived. It has been the long held belief that the liquid hydrocarbons found in Kansas have come from distant sources in Oklahoma. To shed further light on this issue about the origin of hydrocarbons in the upper Paleozoic formations in Kansas, a study was conducted to analyze the geochemical characteristics of REE in Lansing-Kansas City oils that were collected from several locations in a small area within Rooks County, Kansas. The total REE contents in these oils ranges from about 3.1 ng (or 10-12 gram) per Liter of oil to about 131 ng per Liter of oil. The pattern of relative distribution of the REEs for each oil sample has been constructed from values that were obtained by dividing the individual REE concentrations of a given oil sample by the respective concentrations of the REEs in a standard or a reference sample (such as PAAS, a representation of average argillaceous sediments in the crust that is commonly used for the analyses of a variety of crust originated sedimentary products). A standard- normalized relative distribution pattern of an oil sample can reveal an important history of chemical evolution of the oil of interest. The PAAS-normalized patterns of relative distribution of the REEs in the Lansing-Kansas City oils from Rooks County, Kansas are significantly diverse. Although nearly all oil samples investigated in this study have varied degrees of light REE-enrichment across the REE series from La to Sm, they differed in their relative Ce abundances. Some samples have positive Ce anomalies; some have negative Ce anomalies, and some others with the absence of any Ce anomaly. The oils also differed in their PAAS-normalized relative distribution of the middle rare earth elements (MREEs), ranging from Sm to Tb. All oil samples were relatively enriched in the MREEs, but with varied degrees of enrichment from a prominent one to almost a barely noticeable one. The oils differed in their relative distributions of Eu, as some were with a positive Eu anomaly, some with a negative Eu anomaly, and some with the absence of any Eu anomaly. The trends of the heavy rare earth elements (HREEs) from Tb to Lu among the oils ranged from nearly flat for the most oils to a progressive depletion across the series for few samples. Furthermore, the oils were varied in having prominently anomalous relative distributions, in some cases with a positive anomaly and in others with negative anomaly, for such elements as Tb, Ho, and Tm (MM-JS-04, MM-MC-3A, and MM-MC-01). The anomalies for Tb, Ho, Tm are reflections of enzyme activity of source material during its primary (growth) environment. The metals are known to be preferentially located at the active sites of the enzymes. The oils not only differed significantly in their REE-geochemical characteristics, they also had a wide range of K/Rb weight ratios from about 877 to about 2000. These high values are typically the ones that can be assigned to organic materials, well exceeding the range of values that are associated with common silicate minerals and rocks, having an average value of 250-350ppm. Different zones in the Lansing-Kansas City formations also show distinct REE distribution patterns. There are four broadly classified distribution patterns. MREE enrichment can be observed in samples with production from the middle Lansing-Kansas City zones (G-I). In samples with comingling Lansing-Kansas City zones, amplification of anomalies from differing source materials can be observed. The diversity in the REE distribution patterns and K/Rb ratios in oils collected from central Kansas makes a strong argument against long distance transportation from a distant source in Oklahoma

Orientador: Sergio Antonio Marques de Lima / Banca: Ana Maria Pires / Banca: Alexandre de Oliveira Legendre / Resumo: Íons lantanídeos são utilizados como centros emissores em dispositivos emissores de luz, apresentam alta eficiência de emissão, porém baixa absortividade molar. Este problema pode ser contornado com o uso de ligantes orgânicos com alta absortividade e que transfiram energia de forma eficiente para os íons lantanídeos em complexos. A transferência de energia dos estados singlete e triplete do ligante orgânico para o íon emissor recebe o nome de efeito antena. Os complexos de irídio apresentam alta absortividade molar e um estado excitado, que é uma mistura do estado excitado do ligante com uma banda de transferência de carga metal ligante (3L-TCML) e que pode transferir energia de forma eficiente para os íons lantanídeos. Desta forma, os compostos multicentrados heteronucleares de íons lantanídeos ligados a complexos de irídio por um ligante que faça a ponte entre os centros metálicos podem produzir um efeito "super-antena" aumentando a eficiência de emissão nos íons lantanídeos. No trabalho desenvolvido foram realizadas sínteses e caracterizações de complexos mononucleares contendo íons Ir3+ e Eu3+, e também complexos bimetálicos tetranucleares ligados em ponte. A caracterização dos complexos foi realizada através das espectroscopias de absorção no infravermelho e UV-Vis e espectroscopia de fotoluminescência. Os espectros de fotoluminescência dos compostos mononucleares sintetizados mostram características semelhantes às encontradas na literatura, enquanto nos complexos heterobimetálicos, inéditos até o presente momento, a emissão é característica tanto dos complexos de Ir3+ quanto do íon Eu3+, indicando que houve a ligação em ponte entre os complexos, no entanto, a transferência de energia não é eficiente entre os estados excitados 3L-TCML e o estado emissor do lantanídeo. Isso ocorre devido à aproximação energética entre esses níveis o que favorece um processo de retro doação ... / Abstract: Lanthanides ions are widely used as emitting centers in light emitting devices. They hold high efficiency of emission, but low molar absorption. This problem can be overcome by the use of organic ligands that show highest molar absorbance and are able to transfer the energy of their excited state to the emitting states of the lanthanide ions. The energy transfer from the triplet and singlet levels of organic ligand to the lanthanide ion is called "antenna effect". Iridium complexes hold high molar absorption and an excited state that is a mix of ligand triplet-excited state and a charge-transfer metal to ligand band (3L-MLCT); this energy level can transfer energy efficiently to the lanthanide ions. Therefore, heteronuclear compounds multicentered of lanthanide ions bonded in bridge with iridium complexes by a ligand that connects the two metallic centers can produce a "super-antenna" effect, increasing the emission efficiency in the lanthanide ions. In this study, we synthesized and characterized mononuclear complexes containing Ir3+ and Eu3+ ions, and bimetallic tetranuclear complexes (Ir3+-Eu3+). These complexes were characterized by infrared absorption spectroscopy, UV-Visible absorption spectroscopy and photoluminescence spectroscopy. The photoluminescence spectra of the mononuclear compounds showed similar characteristics to those encountered in the literature, whereas the heterobimetallic complexes exhibit emission characteristic of both, Ir3+ complexes and Eu3+ complexes. This suggests that the bond in bridge between the metallic centers did happened, and the energy was transferred from the excited state 3L-MLCT to the emitting state of the lanthanide, but this was not very efficient. This may occurs probably by an approximation between the energy levels that favors a backdonation process. Geometry and UV-Vis spectra were simulated using quantum software, finding high agreement between the theory and experimental data / Mestre

O desenvolvimento de laseres de estado sólido compacto operando na região do infravermelho médio, entre 2 - 5 ?m, tem recebido considerável atenção nos últimos anos. Esses dispositivos oferecem grande potencial como fonte de luz para uma infinidade de aplicações, como por exemplo laseres para medicina e sensores químicos remotos. Laseres operando na região de 2.8 ?m tem interesse particular na medicina devido a forte banda de absorção da água nessa região espectral. Para se conseguir forte emissão laser próximo a 2.8 ?m têm sido investigadas famílias de vidros não-óxidos, como por exemplo vidros fluoretos de metais pesados e vidros chalcogenetos, dopados com Er3+. Entretanto esses vidros são caros, difíceis de serem feitos, além de serem tóxicos. Por essa razão o desenvolvimento de um vidro óxido seria ideal, já que são mais baratos, relativamente fáceis de serem produzidos, além de não serem tóxicos. A desvantagem dos vidros óxidos é a sua alta energia de fônons, quando comparada aos vidros haletos e chalcogenetos, que aumenta a taxa de transição não radiativa. Seria interessante investigar um sistema vítreo que tivesse propriedades otimizadas, ou seja, boas propriedades ópticas, térmicas e mecânicas, e baixa energia de fônons. O sistema vítreo aluminato de cálcio seria um candidato para essas aplicações, já que preenche essas exigências. Porém não há na literatura informações a respeito da influência de pequenas quantidades de elementos terras raras nas propriedades desses vidros, e qual é a concentração ideal desses íons. O objetivo dessa tese foi investigar composições de vidros aluminato de cálcio (48,1 CaO : 40.8 Al2O3 : 4.1 MgO : 7.0 SiO2) dopados com Nd2O3, Er2O3 ou Yb2O3, e verificar qual a influência desses íons nas propriedades ópticas, térmicas, mecânicas e termo-ópticas. Investigou-se também qual a influência da atmosfera de fusão. Com esse objetivo as amostras foram fundidas em cadinhos de grafite sob vácuo, e em cadinhos de platina, ao ar, ambas as fusões ocorreram a 1400 °C. As amostras foram investigadas através de difração de raios-X e microscopia óptica, cujos resultados confirmaram o estado amorfo das amostras preparadas. As amostras não apresentaram estrias e tiveram boa transparência óptica. Os espectros de transmitância mostraram que o processo de fusão a vácuo eliminou completamente a forte banda de absorção próxima a 3 ?m devida a água. O corte da transmitância na região do infravermelho ocorreu em 5.5 ?m, sendo independente do tipo do íon terra rara presente na composição do vidro. O índice de refração em 546.1 nm aumentou de 1.6702 (amostra base) para 1.6876 (amostra dopada com 8% de Er2O3). Este acréscimo no índice de refração é atribuído a um aumento da polarizabilidade eletrônica do vidro devido ao aumento de oxigênios nonbridging. A densidade aumenta de 2.92 g/cm3 (amostra base) para 3.12 g/cm3 (amostra dopada com 8% de Er2O3), esse aumento é explicado levando em consideração a massa dos átomos terras raras, que são maiores em relação ao Al2O3. A dureza dos vidros aluminato de cálcio diminuiu de 865 kg/mm2 (amostra base) para 781 kg/mm2 (amostra dopada com 8% de Er2O3), ou seja aproximadamente 11% de decréscimo. No caso da temperatura de transição vítrea, Tg, esse decréscimo é de aproximadamente 8%, sendo 841 °C para a amostra base e 782 °C para a amostra dopada com 8% de Er2O3. Para o vidro base, a difusividade térmica foi de 5.75 x 10-3 cm2/s e a condutividade térmica foi de 15.5 x 10-3 cm-1 K-1. Tanto a difusividade quanto a condutividade térmica decresceram na mesma proporção da dureza e Tg, conforme substitui-se a alumina pelo óxido terra rara. Esta é uma indicação de que os átomos terras raras atuam como modificadores de rede, abrindo a estrutura do vidro, diminuindo a resistência mecânica e atuando como barreiras térmicas no material. A resistência ao choque térmico dos vidros aluminato de cálcio é de 339 W/m, semelhante aos vidros silicatos que é de 358 W/m, e aproximadamente quatro vezes maior que a dos vidros fluoretos, 86 W/m. Este resultado confirma a hipótese de que os vidros aluminato de cálcio podem suportar variações abruptas de temperatura. Através da espectroscopia de lente térmica foram obtidas a eficiência quântica dos vidros aluminato de cálcio dopados com Nd2O3 e Er2O3. No caso das amostras dopadas com concentrações menores de 3% de Nd2O3 a eficiência quântica foi de aproximadamente 80%. Esses resultados indicam que os vidros aluminato de cálcio são excelentes candidatos para laseres de estado sólido e demais aplicações ópticas na região do infravermelho médio. / The development of compact solid-state lasers operating in the midinfrared wavelength region (2 -5 ?m) has been an area of considerable activity in the last few years. These devices offer great potential as light sources for applications as medical lasers as well as in remote chemical sensing devices. Light sources in the 2.8?m region are of particular interest for medical applications due to the strong water absorption in this spectral region. Apart from allowing extremely precise cutting and ablation of water-containing tissues, the other advantages of using light sources operating at 2.8 ?m are related to the possibilities of reducing skin burning in surgeries, decrease in the use of anesthesia and shortening of recovery time, especially in skin surgeries and in the cutting and remova1 of hard tissues, such as tooth enamel and bone. In order to achieve strong laser emission around 2.8 ?m the effort so far has been concentrated on the family of Er3+ doped non -oxide glasses such as heavy metal fluorides and chalcogenides. However the production of these glasses is expensive, and it is difficult to make them, besides they are toxic. On the other hand, the oxide glasses are cheaper, atoxic and easy to produce them. The disadvantaged, however, is its the relative high phonon energy that promote high nonradiative transition rates. Since calcium aluminate glasses are formed with non-network forms, CaO and Al2O3, they have high tendence towards devitrification. The addition of small amounts of alkali and alkaline earth elements enlarges the glass forming region. Several calcium aluminate glasses compostions containing SiO2, BaO and MgO are now reported in the literature. In this thesis, low silica calcium aluminosilicate glasses doped with Nd2O3 and Er2O3 were prepared. Since the sample compositions were close to the phase diagram glass formation, the rare earth doping was performed up to 8wt.%. The samples was melted under vacuum condition in a graphite crucible at 1500 °C, and in air in a platinum crucible. The influence of the rare earth doping on the thermal diffusivity, thermal conductivity and Vickers hardness was such that all these physical parameters decreased by roughly the same amount, namely 8%, between the undoped and 5 wt% of Nd2O3. The dependence of these parameters, as a function of the Nd2O3 doping, strongly supports the idea that the Nd3+ or Er3+ act as network modifiers. Elastic module (E, G, K, v) of calcium aluminosilicate glasses with < 10 mole% of SiO2 doped with Er2O3 and Yb2O3, melted in air and under vacuum conditions, have been measured using the pulse echo ultrasonic technique. There was a decrease of the elastic properties, about 5%, as rare earth doping increases from 0.2 to 1.5-mol% (about 8 wt%). The Young\'s modulus did not vary within errors of measurements. The Debye temperature varied between (369±9)K and 352±9 K, which is explained assuming that the rare earth ions acts as network modifiers disrupting the glasses structure. The undoped calcium aluminate glasses fracture toughness is (1.4±0.3) MPa m1/2 and the thermal shock resistance is (339±102) W/m. The fluorescence quantum efficiency determined by thermal lens spectroscopy, was found be about 80% for the 2wt% Nd2O3 doped calcium aluminosilicate glass. The fluorescence quenching was observed to doping higher than 2wt% Nd2O3. The variation of the refractive index as a function of the temperature, dn/dT, was found be 8.0 x 10-6/0c. Among the various glass system investigated, CA glasses presented greater mechanical properties and larger thermal shock resistance, indicating that these materials are candidates for solid state laser applications and other infrared applications.

Este trabalho consiste na síntese, caracterização e estudo da decomposição térmica de etanossulfonatos de terras raras, abordando aspectos relativos à etapa de desidratação e decomposição térmica dos sais anidros. As reações entre o ácido etanossulfônico e os óxidos de terras raras, em meio aquoso, permitiram obter os etanossulfonatos de terras raras, com fórmula geral mínima TR(C2H5SO3)3.xH2O, sendo TR = La ao Lu e Y, exceto o Ce, com x variando de 1,3 a 5. Esta estequiometria foi proposta a partir dos resultados de O estudo do comportamento térmico dos compostos foi realizado empregando a TG/DTG sob atmosfera dinâmica de N2 e ar, com razão de aquecimento de 5ºC.min-1 para a etapa de desidratação e 10ºC.min-1 para a etapa de decomposição térmica dos sais anidros. Os eventos térmicos foram evidenciados nas curvas DSC (etapa de desidratação) por picos no sentido endotérmico e estão em concordância com as variações de massa indicadas na TG/DTG. As curvas TG/DTG mostraram eventos sobrepostos, característicos da saída simultânea de vários voláteis durante a decomposição térmica das espécies anidras. Na etapa de desidratação, os resultados de análise térmica indicaram que ao longo da série as moléculas de água apresentam diferentes formas de ligação. A técnica de espectroscopia de absorção na região do infravermelho permitiu verificar uma grande similaridade entre os compostos e que as espécies são hidratadas. Os desdobramentos e deslocamentos de algumas bandas de absorção são indicativas da alteração na forma de interação da espécie etanossulfonato com os íons TR3+ em relação à espécie no ácido livre. A técnica de difração de raios X indicou que os compostos são cristalinos e permitiu separá-los em sete classes isomorfas. A caracterização dos produtos intermediários da decomposição térmica dos sais anidros permitiu inferir a presença de espécies sulfatos, que em alguns casos só se decompõe acima de 1300oC. / This work consists of the Synthesis, characterization and study of thermal decomposition of rare earth ethanessulfonates, involving aspects relative to the step of dehydration and thermal decomposition of the anhydrous salts. The reactions between ethanessulfonic acid and rare earth oxides, in aqueous medium, allowed to get the rare earth ethanessulfonates of, with the general formula minimum TR (C2H5SO3)3.xH2O, TR = La to Lu and Y, except Ce, with x varying 1,3 to 5. This stoichiometry was proposal from the results of elemental analysis associated to the thermogravimetry. The thermal behavior of the compounds was studied throughout the TG/DTG under dynamic N2 and air atmosphere, with heating rate of 5oC.min-1 for the dehydration stage and 10ºC.min-1 for the thermal decomposition step of the anhydrous salts. The thermal events were evidenced in DSC curves (dehydration stage) for peaks in the endothermic direction and they are in agreement with the mass loss indicated in TG/DTG curves. TG/DTG curves had, simultaneously, shown events overlapped, which are characteristic of the releasing of some volatile during the thermal decomposition of the anhydrous species. In the dehydration step, the results of the thermal analysis indicate that through the series the water molecules present different forms of bond. Infrared spectroscopy technique allowed to verify a great similarity between compounds and that the species are hydrated. The unfoldings and shifts of some absorption bands are indicative of the change in the interaction form of ethanessulfonates species with TR3+ íons in relation species in the free acid. X rays diffraction technique indicated that the compounds are crystalline and it allowed to classify in seven isomorph series. The characterization of the intermediate products of the thermal decomposition of the anhydrous salts allowed to infer the presence of sulfate species, in some cases, exactly above of the 1300oC.

Neste trabalho, apresentamos resultados da caracterização Magneto-Óptica de íons terras-raras (Nd3+ e Yb3+) em monocristais de niobato de lítio (LiNbO3). Medidas de Dicroísmo Circular Magnético (MCD) e de Emissão Circularmente Polarizada em Presença de Campo Magnético (MCPE) foram realizadas pela primeira vez nesses sistemas. Os resultados foram obtidos à temperatura de 2K, e em campos magnéticos de até 5 T. Através desses estudos, foi possível identificar os números quânticos cristalinos (&#956) dos subníveis Zeeman desses íons. A partir da dependência do sinal de MCD com a intensidade de campo magnético, determinou¬se o fator giromagnético efetivo g// do estado fundamental de cada íon, obtendo-se os valores: g//Nd = (1,4 &#177 0,1) e g//Yb = (4,7 &#177 0,1). Esses valores foram confirmados através de medidas de espectroscopia de Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR), realizadas a baixa temperatura (4-8 K), em banda X. Os espectros de EPR foram tomados em função da orientação relativa do campo magnético externo com o eixo c cristalino dos cristais, em 3 planos perpendiculares entre si. Os espectros de EPR mostram a existência de diferentes sítios ocupados pelos íons terras-raras. O sítio mais populado tem simetria axial, e para esse centro determinaram-se os fatores g efetivos g//Nd = (1,440 &#177 0,005) e g//Nd = (2,959 &#177 0,004), para o íon Nd3+, e g//Yb = (4,705 &#177 0,008) e g//Yb = (2,693 &#177 0,005) para o íon Yb3+. Espectros de MCD e MCPE obtidos para um cristal de rubi ilustram as convenções utilizadas e atestam que o sistema experimental funciona adequadamente. Os espectros obtidos nessa amostra também são originais, tendo sido resolvidas as transições permitidas com luz circularmente polarizada entre os subníveis Zeeman correspondentes aos níveis de energia 4A2 e &#8254E (2E) do íon Cr3+. / In this work we present Magneto-Optícal characterizations of rare-earth ions (Nd3+ e Yb3+) in lithium niobate (LiNbO3) single crystals. Magnetic Circular Dichroism (MCD) and Magnetic Circularly Polarized Emission (MCPE) measurements were performed for the first time on those systems. Spectra were obtained at 2K and at magnetic field strength up to 5T. From these studies, it was possible to assign the crystal quantum number (&#956) of the Zeeman sublevels of these ions, so that the sign and allowance of the electronic transitions could be predicted. From the dependence of suitable MCD spectral lines on the magnetic field strength, the effective parallel gyromagnetic factor (g//) of the ground state for each of the rare earth ions has been determined to be: g//Nd = (1,4 &#177 0,1) e g//Yb = (4,7 &#177 0,1). These values are in dose agreement to those obtained by means of Electron Paramagnetic Resonance (EPR) spectroscopy, at 4-8 K, and at X-band frequency. EPR spectra were recorded as a function of the external magnetic field orientation relative to the c crystalline axis in three mutual perpendicular planes. These spectra show evidence of multiple sites occupied by the rare-earth ions. For the most intense line seen in the spectra of each ion, it could be clearly assigned a site with axial symmetry, with effective g factors of g//Nd= (1,440 &#177 0,005) and g//Nd = (2,959 &#177 0,004), for the Nd3+3+ ion, and g//Yb = (4,705 &#177 0,008) and g//Yb= (2,693 &#177 0,005) for the Yb3+ ion. MCD and MCPE spectra recorded for a ruby crystal shows the experimental conventions used so far in this work, as well as assure that the experimental system works properly. These results are original ones, by means of which, the spectral transitions between the Zeeman sublevels of the 4A2 and &#8254E (2E) of the Cr3+ ions in ruby could be resolved.

Neste trabalho são apresentadas a síntese e caracterização das propriedades luminescentes dos sistemas vítreos TeO2-ZnO e TeO2-ZnO-PbO-Na2O dopados com íons de európio e térbio contendo nanopartículas (NPs) metálicas de prata, ouro e cobre, para aplicações em dispositivos fotônicos. Estes vidros possuem uma larga região de transmissão (350-6500 nm), elevada estabilidade química, resistências mecânica e térmica, baixa energia de fônon (em torno de 700 cm-1) e alto índice de refração (~ 2,0). Por meio de medidas de absorção óptica foi observada a incorporação dos íons de terras-raras na forma trivalente, responsável pelo fenômeno de luminescência nos vidros e a presença de bandas de absorção relacionadas à ressonância dos plasmons superficiais (RPS), localizadas em aproximadamente 490 nm (no caso das NPs de prata), em 500 nm (no caso das NPs de ouro) e em torno de 800 nm (no caso das NPs de cobre). A caracterização das NPs metálicas foi realizada por meio da Microscopia Eletrônica de transmissão auxiliada pelas técnicas de difração de elétrons e espectrometria de energia dispersiva (EDS) e permitiu a observação de NPs metálicas, cristalinas e de diversos formatos e tamanhos. As medidas de emissão foram realizadas excitando as amostras em 405 nm para as dopadas com Eu3+ e 377 nm para as amostras dopadas com Tb3+, por meio de um espectrômetro de fluorescência, com lâmpada de Xenon de pulsos de 2 a 3 s. Foram medidas bandas de emissão associadas à emissão do Eu3+ em 580 nm, 590 nm, 614 nm, 650 nm e 695 nm devidas às transições 5D07FJ (com J = 0 até 4). A banda situada em 614 nm, associada a uma transição de dipolo-elétrico é a mais intensa, por ser mais sensível às mudanças do campo local provocado pela presença das NPs metálicas. Para as amostras dopadas com Tb3+ foram observadas emissões em 485 nm, 550 nm, 590 nm e 623 nm, associadas às transições 5D47FJ (com J = 6 até 3), sendo a emissão em 550 nm associada também a uma transição de dipolo-elétrico e portanto a mais sensível às alterações do campo local provocado pela presença das NPs metálicas. Para as amostras codopadas com íons de Eu3+ e Tb3+, foram observados aumentos significativos da luminescência referente à emissão em 614 nm na presença de NPs de prata. A obtenção de aumento da luminescência dos íons de Eu3+ somente pela transferência de energia proveniente do Tb3+ não é um mecanismo trivial. Entretanto, foi observado em amostras preparadas com diferentes concentrações de íons aceitadores e doadores e intensificada também na presença de NPs de prata. Os aumentos ocorridos na luminescência são provavelmente causados pelo aumento do campo local nas proximidades dos íons de terras-raras e por processos de transferência entre as NPs metálicas e os íons de terras-raras. Nestes casos a distância entre os íons de terras-raras e as NPs está compreendida entre 5 nm e 20 nm. Portanto, a presença das NP desempenha um papel importante para o aumento da luminescência, permitindo o desenvolvimento de novos materiais com aplicações em nanofotônica. / This work presents the synthesis and characterization of luminescent properties of vitreous systems TeO2-ZnO e TeO2-ZnO-PbO-Na2O doped with ions of europium and terbium containing silver, gold and copper nanoparticles (NPs), for applications in photonic devices. These glasses have a large window transmission (350-6500 nm), chemical stability, mechanical and thermal resistance, low phonon energy (around 700 cm-1) and high refraction 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 and the presence of absorption bands related to the surface plasmons resonance (SPR), located in approximately 490 nm (in the case of silver NPs) in 500 nm (in the case of gold NPs) and around 800 nm (in the case of copper NPs). The characterization of the metallic NPs was perfomed with transmission electron microscopy (TEM) with the aid of electron diffraction and energy dispersive spectroscopy techniques that allowed the observation of metallic NPs, crystalline with several shapes and sizes. The measurements were made through with excitation of 405 nm for samples doped with Eu3+ and 377 nm for samples doped with Tb3+, using a fluorescence spectrometer, with Xenon lamp with pulses varying from 2 to 3 s. The bands associated to Eu3+ emission were measured at 580 nm, 590 nm, 614 nm, 650 nm and 695 nm due to the transitions 5D07FJ (with J = 0 to 4). The band situated at 614 nm related to electric dipole transition is the most intense because it is sensitive to changes in the local field, caused by the presence of metallic NPs. For samples doped with Tb3+ it was observed emissions at 485 nm, 550 nm, 590 nm and 623 nm, associated with the transitions 5D47FJ (with J = 6 to 3) being the 550 nm emission also related to electric dipole transition and consequently the most sensitive to changes in the local field, caused by the presence of metallic NPs. For the samples codoped with Eu3+ and Tb3+ ions it was observed significative enhancement of the luminescence at 614 nm emission in the presence of silver NPs. The achievement of the enhancement of the luminescence of Eu3+ ions only by energy transfer from Tb3+ is not a trivial mechanism. However, it was observed in samples prepared with different concentrations of acceptor and donors ions and intensified in the presence of NPs silver. The enhancement of the luminescence is probably caused by the increase of the local field around the rare earth ions and by processes of energy transfer between the metallic NPs and the rare earth ions. In these cases the distance between the rare earth ions and the metallic NPs ranges from 5 to 20 nm. Thus, the presence of metallic NPs plays an important role for the enhancement of the luminescence, allowing the development of new materials with application in photonic.

O dissilicato de ítrio (Y2Si2O7) por apresentar propriedades luminescentes consideráveis, é um potencial substituto dos óxidos de terras raras na tecnologia de queimadores de gás para iluminação. Em processos de conformação a partir de suspensões, o controle da estabilidade das partículas em meio líquido consiste em uma importante etapa para a produção de componentes com microestrutura homogênea e estabilidade estrutural. Neste sentido, este trabalho apresenta estudos sobre o comportamento de superfície, de estabilidade e reológico de suspensões aquosas de Y2Si2O7 e &beta;-Y1,95Dy0,05Si2O7 com o objetivo de preparar suspensões compatíveis para o processo de conformação por réplica, usando-se fibras vegetais como matriz para a confecção de componentes reticulados para queimadores de gás. Neste estudo foram avaliados parâmetros determinantes na estabilidade e comportamento de fluxo das suspensões, como também a luminescência estimulada pela temperatura desses materiais na forma de pó e a eficiência radiante do protótipo de queimador de gás. Os resultados obtidos para o &beta;-Y1,95Dy0,05Si2O7 comparados com a ítria (Y2O3) e concentrado de terras raras contento ítria (YTR) mostram-se promissores. Desenvolveu-se por processamento coloidal do &beta;-Y1,95Dy0,05Si2O7 e utilizando-se o processo de conformação por réplica a partir da esponja vegetal Lufa Cylindrica, um protótipo de lâmpada de queimador de gás com boa resistência mecânica ao manejo, emissividade espectral no visível (&lambda;=580nm) e eficiência radiante de 13%, com grande potencial para iluminação de ambientes internos de acordo com as recomendações da Comissão Internacional de Iluminação (CIE). / Yttrium disilicate (Y2Si2O7) shows luminescent proprieties and is a potential material to replace rare earth oxides in porous burner technology for lighting. In conformation process from suspensions the control of stability of particles in aqueous medium is an important step to produce ceramic components that show homogeneous microstructure and structural stability. This work presents studies about surface behavior, stability and rheological behavior of aqueous suspensions of Y2Si2O7 and &beta;-Y1,95Dy0,05Si2O7 and aims to prepare suitable suspensions for replica method, and vegetable fibers were used as template to produce porous components for gas burners. In this study key parameters on stability and rheological behavior of suspensions were evaluated, as well as the stimulated luminescence of powders by increasing temperature and radiant efficiency of gas burner prototype. The results as compared with yttria and rare earth concentrate containing yttria are very promising. By colloidal processing of &beta;-Y1,95Dy0,05Si2O7 and using replica method from Luffa Cylindrica vegetable sponge a prototype of gas burner lamp showing good handle strength, visible spectral emissivity (&lambda;=580nm), radiant efficiency of 13%, and great potential to be used for lighting internal spaces according to the International Commission on Illumination (CIE).

Oxissulfetos e oxissulfatos de terras raras vêm sendo explorado por vários pesquisadores há algum tempo, e são aplicados como materiais marcadores, LEDs, OLEDs, absorvedores de gases, materiais de persistência em luminescência, ou como marcadores para materiais biológicos, magnéticos entre outros. A proposta deste trabalho foi apresentar um processo diferenciado de obtenção de oxissulfetos e oxissulfatos de terras raras (RE3+) por meio da decomposição térmica de sulfatos e sulfonatos de terras raras [RE = Eu3+, Tb3+, Dy3+, Gd3+ e Sm3+], utilizando o método de precursores para a obtenção dos materiais. Os produtos foram isolados sob atmosferas dinâmicas de ar sintético e de CO, com as temperaturas variando de acordo com os patamares de estabilização dos respectivos compostos. A pureza das fases foi investigada a partir dos difratogramas de raios X (DRX) de cada composto, indicada pelas características cristalinas de cada produto. Os DRX dos precursores Tb(DAS)3&#183;2H2O e Eu(DAS)3&#183;7H2O indicaram que os materiais são amorfos. A pureza, também, foi investigada por espectroscopia de absorção no infravermelho (FTIR), para a identificação dos oxissulfetos e oxissulfatos e, ainda, a partir da interação entre os sulfonatos com os íons Eu3+ e Tb3+. As imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostraram diferenças morfológicas entre os materiais cristalinos de oxissulfeto e/ou oxissulfato e de seus precursores sulfonatos. A partir dessas imagens foi possível perceber algumas características hexagonais e quase esféricas para os Eu2O2S derivados de sulfato e sulfonato, respectivamente, e ainda o grande aumento no tamanho das partículas dos Tb2O2S, derivado de sulfatos e sulfonatos. Também foram observadas diferenças nas formas entre os respectivos oxissulfatos. Os espectros de fotoluminescência dos compostos apresentaram as bandas de emissão das transições intraconfiguracionais oriundas dos íons Eu3+ (5D0&#8594;7FJ, J=0-6) e Tb3+ (5D4&#8594;7FJ, J=6-0), exibindo as cores vermelha e verde, características dos respectivos íons. Além disso, foram observadas as bandas características dos íons Dy3+ que apareceram no composto Dy2O2S, com a banda mais intensa monitorada a partir da transição 4F9/2&#8594;6H13/2 correspondente a cor amarela do íon Dy3+. Também, foi possível observar bandas largas e acentuadas de transferência de carga metal-ligante (LMCT) O2-(2p)&#8594;Eu3+ nos compostos Eu2O2S e Eu2O2SO4, tanto derivado de sulfato como de sulfonato. Os resultados mostraram que os oxissulfetos e oxissulfatos apresentam patamares de estabilização térmica sob atmosferas oxidantes e redutoras, que possibilitaram isolar os respectivos produtos. Esses materiais podem ser utilizados como fósforos para diversas aplicações como sondas, lasers entre outros. O Dy2O2S mostrou-se um fósforo estável podendo ser mais explorado em pesquisas futuras em emissões de cor amarela e azul. A troca do ânion sulfato pelo sulfonato proporcionou a obtenção de partículas de maior tamanho, indicando que é possível a aplicação destes fósforos em diferentes áreas tecnológicas. / Rare earth Oxysulfides and oxysulfates have been explored by several researchers for some time, and are applied as labels materials, LEDs, OLEDs, gas absorbers, persistence of luminescence materials, or as markers of biological material, magnetic, among others. The purpose of this study was to present a differentiated process of obtaining oxissulfetos and oxissulfatos rare earth (RE3+) by thermal decomposition of sulfates and sulfonates of rare earths [RE = Eu3+, Tb3+, Dy3+, Gd3+ and Sm3+] using the method precursor to obtain the material. The products were isolated under dynamic atmospheres synthetic air and CO, with temperatures varying according to stabilization levels of the respective compounds.The purity of the phases was investigated from of diffraction of X-rays (XRD) of each compound, indicated by the crystalline characteristics of each product. The XRD of precursors Tb(DAS)3&#183;2H2O and Eu(DAS)3&#183;7H2O indicate that the materials are amorphous. Besides, the purity also was investigated by infrared absorption spectroscopy (FTIR), for identifying and oxissulfetos oxissulfatos and also from the interaction between sulfonates with Eu3+ and Tb3+ ions. The scanning electron microscopy images (SEM) showed morphological differences between crystalline materials oxysulfide and/or oxysulfate and their sulfonate precursors. From these images it was possible to realize almost some hexagonal and quasi-spherical characteristics for Eu2O2S derivatives from sulfate and sulfonate, respectively, and also the large increase in particle size of the Tb2O2S derived from sulfates and sulfonates. Also differences were observed in the shapes between the respective oxysulfates. The photoluminescence spectra of the compounds showed the band emission of intraconfigurational transitions from the Eu3+ (5D0&#8594;7FJ, J=0-6) and Tb3+ (5D4&#8594;7FJ, J=6-0) ions, displaying the red and green colors, characteristics of the respective ions. In addition, they observed the ions of the characteristic bands Dy3+ that appeared in Dy2O2S compound, with the most intense band monitored from the 4F9/2&#8594;6H13/2 transition corresponding to yellow ion Dy3+. Also, it was possible to observe large and sharp bands of metal-ligand charge transfer (LMCT) O2-(2p)&#8594;Eu3+ the Eu2O2S and Eu2O2SO4 compounds, both derived sulfate and sulfonate. The results showed that the present oxysulfates and oxysulfides and the levels of thermal stabilization under oxidizing and reducing atmospheres, which made it possible to isolate the respective products. These materials can be used as phosphors for various applications as probes, lasers, among others. The Dy2O2S proved to be stable phosphorus can be further explored in future research in yellow and blue color emissions. The anion exchange of sulfate, sulfonate afforded by obtaining larger particles, indicating that the application of these phosphors in different technological areas is possible.

A luz do sol possui radiação ultravioleta (UV) que pode ser dividida em luz UVA, com comprimentos de onda na região de 400 a 320 nm; luz UV-B, na região de 320 a 290 nm e luz UV-C para radiações com comprimento de onda menor do que 290 nm, sendo esta última absorvida na atmosfera pelo ozônio. O ser humano dispõe de mecanismos protetores naturais contra as radiações solares, tal como a melanogênese. Entretanto, estes são insuficientes e, por isso, torna-se necessário proteger adequadamente a pele utilizando protetores solares, a fim de minimizar as lesões cutâneas causadas pela radiação solar. Quimicamente, a função dos protetores solares é a absorção da radiação UV, protegendo a pele dos efeitos da exposição à luz solar. Este trabalho visa a preparação de compostos de cério, via método Pechini, com a finalidade de utilizá-los como um componente inorgânico de protetores solares de elevado FPS, juntamente ou substituindo substâncias tais como ZnO e TiO2. A caracterização dos compostos deverá ser realizada por difratometria de raios X, microscopias de eletrônicas de varredura e transmissão, espectroscopia eletrônica de reflectância difusa (ERD) e testes de atividade catalítica e fotocatalítica, pelo método da determinação condutométrica (adaptação RANCIMAT®). / Sunlight emits ultraviolet radiation (UV) which is subdivided into three different UV wavelengths: UV-A band in the range of 400-320 nm; UV-B band in the range of 320-290 nm and UV-C band for radiations lesser than 290 nm. The latter is absorbed in the atmospheres ozone layer. Human beings have natural protective mechanisms against solar radiations, such as melanogenys. However, it has been reported that these mechanisms are insufficient to prevent skin damage. Thus, adequate the use of sunscreen (or UV filters) is needed in order to minimize cutaneous injuries caused by solar radiation. Chemically, the function of solar protectors relies on the absorption of UV radiation, which protects the skin from the effect of the exposition to solar light. The present study reports on the synthesis of CeO2-ZnO systems according to Pechini\'s method. Our objective is to further understand how ZnO modifies the CeO2 nanostructured as we search for a new UV filter material. The characterization of composites will be carried through by X-ray diffraction, transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), diffuse reflectance spectroscopic and tests of catalytic activity and photocatalytic activity, for the method of the conductometric determination (RANCIMAT adaptation).