This work aims the production of luminescent materials based on MgB4O7 (MBO) and Li2B4O7 (LBO), doped and undoped, by alternative routes, verifying the influence of the route on the optical properties and grain size. Sol-gel protein (SGP) and Pechini (MP) methods were chosen for the production of the samples. Structural characterization of the materials was performed through thermal measurements and X-ray diffraction (XRD). Thermal analyses indicate that the crystallization process of the samples at intervals of 700 to 1000 C for MBO and 500 to 700 C for LBO by both production methods. XRD measurements confirm the formation of single crystalline phase under synthesis conditions 900 C/2h (SGP) and 800 C/2h (MP) for MBO crystal and 650 C/2h (SGP) and 600 C/2h (MP) for MBO. These conditions also were used to doped samples but single phases for doped LBO cannot be obtained. All samples present a coloration that could disrupt the luminescent signal during thermoluminescence (TL) and optically stimulated luminescence (OSL) readings. Samples were washed with hydrogen peroxide aiming to test the influence of coloration in optical properties. Optical measurements showed that the samples no washed with hydrogen peroxide have more efficient TL signal than washed samples. As a rule, the unwashed samples of MBO:Ce,Li produced by both methods showed the best TL signal. The MBO:Dy,Li – SGP – washed samples showed only 10% of the batch discharge units 20 tablets with homogeneity tests. On the other hand, for both MBO:Dy,Li (SGP,MP) were verified that the TL signal decays with the decrease of the grain size and occurs a displacement of the position of the TL peaks. The minimum detectable dose calculated for the washed samples of the MBO:Ce,Li and MBO:Dy,Li were 0.02 Gy and approximately 0.3 Gy respectively for both production methods. The OSL measurements showed MBO:Dy,Li – SGP have the best signal and that grain size have no influence in OSL signal. Phototransferred thermoluminescence effect (PTTE) occurred to MBO:Dy,Li – washed samples. Photoluminescent (PL) measurements indicate high symmetry in the dopant region for the MBO:Ce,Li – MP - washed sample. The LBO samples produced by both methods presented high sensitivity to the production method, precursor reagents used and dopants. / Esse trabalho propõe a produção de materiais luminescentes baseados em MgB4O7 (MBO) e Li2B4O7 (LBO), puros e dopados, por rotas alternativas, verificando a influência da rota sobre as propriedades ópticas e o tamanho do grão. Os métodos sol-gel proteico (SGP) e Pechini (MP) foram escolhidos para a produção das amostras. A caracterização estrutural dos materiais foi realizada através de medições térmicas e difração de raios X (XRD). As análises térmicas indicam que o processo de cristalização das amostras ocorre em intervalos de 700 a 1000 C para MBO e 500 a 700 C para LBO por ambos os métodos de produção. As medidas de XRD confirmam a formação de fase monocristalina em condições de síntese 900 C/2h (SGP) e 800 C/2h (MP) para o MBO; e 650 C/2h (SGP) e 600 C/2h (MP) para o LBO. Essas condições também foram usadas para a preparação de amostras dopadas, porém não foram obtidas fases únicas das amostras de LBO dopadas. Todas as amostras apresentaram uma coloração que poderiam atrapalhar o sinal luminescente durante a termoluminescência (TL) e as leituras de luminescência opticamente estimulada (OSL). Os procedimentos de lavagem com peróxido de hidrogênio foram realizados nas amostras com o objetivo de testar a influência da coloração nas propriedades ópticas. As medições ópticas mostraram que as amostras sem lavagem com peróxido de hidrogênio apresentaram sinais TL com maior intensidade que as amostras lavadas com peróxido de hidrogênio. Em regra, as amostras não lavadas com peróxido de hidrogênio de MBO:Ce,Li produzidas por ambos os métodos mostraram o melhor sinal TL. As amostras lavadas MBO:Dy,Li - SGP mostraram apenas 10% das unidades em lote 20 comprimidos em testes de homogeneidade foram descartadas. Por outro lado, tanto para MBO:Dy,Li (SGP, MP) foram verificados que o sinal TL decai com a diminuição do tamanho do grão e ocorre ao deslocamento da posição dos picos TL. A dose mínima detectável calculada para as amostras lavadas do MBO:Ce,Li e MBO:Dy,Li foram 0,02 Gy e aproximadamente 0,3 Gy, respectivamente, para ambos os métodos de produção. As medidas OSL mostraram MBO:Dy,Li - SGP têm o melhor sinal e que o tamanho do grão não tem influência no sinal OSL. O efeito de termoluminescência fototransferido (PTTE) ocorreu em amostras lavadas com MBO:Dy,Li. As medidas fotoluminescentes (PL) indicam uma simetria elevada na região dopante para a amostra lavada com MBO:Ce,Li - MP. As amostras LBO produzidas por ambos os métodos apresentaram alta sensibilidade ao método de produção, reagentes precursores utilizados e dopantes. / São Cristóvão, SE

In present dissertation we studied theoretically the structural, electronic and optical properties of lithium tetraborate, Li2B4O7, an important material, frequently used as detector of radiation and neutrons. As a calculation tool we utilized first-principles Linear Augmented Plane Wave (LAPW) method, based on Density Functional Theory and implemented into WIEN2k computer code. Exchange and correlation effects within the electronic system were simulated by recently developed |Modified Becke Johnson| (mBJ) semi-local potential. The lattice parameters and atomic positions within the Li2B4O7 unit cell were computationally relaxed, and the resulting structure was found to agree well with the experimental one. Calculated electronic structure (band structure and density of states DOS) revealed the nature and magnitude of the band gap (indirect, 9,2 eV), as well as the orbital character of the bands around it. The valence band top consists predominantly of oxygen´s p-states, while the conduction band bottom is dominated by the p-states of boron which is trigonally coordinated with its neighboring oxygens (B(1)). The energies of principal peaks in the valence band DOS, as well as the calculated magnitude of the gap, are found to agree very well with experimental findings. Next, we calculated real and imaginary part of dielectric tensor of the Li2B4O7, as well as its refractive index. Analysis of imaginary part of dielectric tensor permitted us to interpret the optical absorption spectrum of the Li2B4O7 in terms of electronic transitions that occur between populated and empty electron states. The results revealed that absorption threshold starts at 9,2 eV approximately, and that the first absorption peak originates from electron transfer from the full O p-states to the empty B p-states within the trigonal, B(1)O3, structural motif. Refractive index is calculated for two directions of polarizations of incident light, parallel to the crystallographic axes a and c. It was concluded that the Li2B4O7 is optically anisotropic material. Calculated refractive indexes were compared to experimental ones, recorded in the wavelength range from 184 to 2325 nm, and it was found a good agreement between them. On the basis of present study we conclude that computationally efficient semi-local mBJ potential accurately describes the electronic and optical properties of the Li2B4O7. / No presente trabalho foram estudadas as propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas do tetraborato de lítio, Li2B4O7, um material importante, frequentemente usado como detector de radiação e de nêutrons. Como ferramenta de cálculo foi utilizado o método ab-initio Linear Augmented Plane Wave (LAPW) baseado na Teoria do Funcional da Densidade (DFT) e implementado no código computacional Wien2k. Os efeitos de correlação e troca do sistema eletrônico foram simulados através de um potencial semi-local, Modified Becke Johnson mBJ, recentemente desenvolvido. Os parâmetros de rede e todas as posições atômicas na célula unitária cristalina do Li2B4O7 foram otimizados, a fim de atingir uma configuração de mínima energia para o sistema. Os resultados obtidos, referentes ao volume da célula unitária e das posições atômicas, mostraram boa concordância quando comparados com medidas experimentais. O cálculo da estrutura eletrônica (estrutura de bandas e densidade de estados - DOS) revelou a natureza e o tamanho do band gap fundamental do composto, bem como o caráter orbital das bandas por sua volta. De acordo com os resultados, o Li2B4O7 possui gap fundamental indireto de 9,2 eV. No topo da banda de valência predominam orbitais do tipo p dos átomos de oxigênio, enquanto que o fundo da banda de condução é formado, em sua maioria, por estados p referentes aos átomos de boro, B(1). As posições dos picos da DOS na banda de valência, assim como o valor calculado do gap, concordam muito bem com resultados experimentais. Neste trabalho também foram calculadas as partes real e imaginária do tensor dielétrico do Li2B4O7, bem como o seu índice de refração. A análise da parte imaginária do tensor dielétrico possibilitou a interpretação, em termos das transições eletrônicas, do espectro de absorção óptica do Li2B4O7. Os resultados revelaram que a borda de absorção se encontra perto da energia de 9,2 eV, e que o primeiro pico é devido às transições eletrônicas entre estados p dos átomos de oxigênio para estados P dos átomos de boro, as quais ocorrem dentro do grupo trigonal, B(1)O3. O índice de refração foi calculado para as duas direções de polarização da luz, paralelas aos eixos cristalinos a e c. De acordo com esses resultados, o Li2B4O7 é um material opticamente anisotrópico. O índice de refração calculado concorda bem com o experimental, medido em uma faixa de comprimentos de onda de 184 a 2325 nm. Na essência do presente estudo é possível concluir que o potencial mBJ, computacionalmente eficiente, descreve precisamente as propriedades eletrônicas e ópticas do Li2B4O7.