Presentes há mais de dois séculos no cenário acadêmico mundial, as terras taras (TR) figuram há várias décadas entre as mais atuais tecnologias desenvolvidas pelo homem em diversas áreas do conhecimento. Particularmente, no que tange às aplicações de materiais luminescentes, as propriedades espectroscópicas únicas das TR tornaram-nas, nos últimos anos, praticamente insubstituíveis em dispositivos clássicos tricolores (tais como lâmpadas fluorescentes compactas ou tubos de raios catódicos). Contudo, o surgimento de novas tecnologias de visualização (displays compactos de alta resolução) e iluminação (eliminação do mercúrio de lâmpadas fluorescentes) impulsiona cada vez mais o estudo das propriedades e dos métodos de síntese de luminóforos a base de TR. Nesse sentido, o presente trabalho consistiu na avaliação de processos sintéticos para a obtenção de sólidos nanoestruturados a base de fosfatos e vanadatos de TR capazes de atuar como luminóforos sob excitação no ultravioleta de vácuo, além da caracterização estrutural e espectroscópica desses materiais. Desenvolveram-se adaptações de três abordagens sintéticas para o preparo dos sólidos: o método dos precursores poliméricos (Pechini) e os métodos de precipitações em microemulsões reversas e de precipitações coloidais. Tais métodos são adaptáveis de acordo com as necessidades de síntese (controle morfológico, controle composicional, grau de agregação de partículas etc.) e consistem em abordagens consideravelmente eficientes para a obtenção de fosfatos e/ou vanadatos de TR nanoestruturados. Sintetizaram-se ortofosfatos (TRPO4), fosfovanadatos (TRP1-xVxO4) e sistemas core@shell (TRVO4@TRPO4) com diferentes composições, a fim de se obterem luminóforos vermelhos, verdes e azuis, além de sólidos com emissão por conversão ascendente (upconversion). Os compostos obtidos foram caracterizados por difratometria de raios-X, microscopia eletrônica, espalhamento dinâmico de luz, análise térmica, espectroscopia vibracional e espectroscopia de luminescência (emissão/excitação, tempos de vida, eficiências quânticas, cromaticidade, parâmetros de intensidade de Judd-Ofelt). / The rare earth elements (RE) have figured in the academic scenario for over two centuries, being an integral part of most up-to-date developed technologies in several fields of expertise. Regarding the applications of luminescent materials over the last years, the unique spectroscopic properties of RE elements have made them almost irreplaceable in classic tricolor devices, such as compact fluorescent lamps or cathode ray tubes. Nevertheless, the advent of new visualization and lighting technologies, like the high-resolution compact displays and the elimination of mercury from fluorescent lamps, has stimulated scientists to investigate the synthesis and properties of RE-based phosphors. In this work, we have evaluated the processes available for the synthesis of nanostructured RE phosphates and vanadates capable of acting as phosphors under vacuum ultraviolet excitation, and conducted the structural and spectroscopic characterization of these materials. We used three strategies to prepare the solids: the polymeric precursor method (Pechini), precipitation into reverse microemulsions, the colloidal precipitations. These methods can be adapted to the synthesis requirements and enable the control of morphology, composition and particle aggregation, thus constituting highly efficient ways to obtain nanostructured RE phosphates and/or vanadates. We synthesized orthophosphates (REPO4), phosphovanadates (REP1-xVxO4), and core@shell structures (REVO4@REPO4) with different composition, to generate of red, green, and blue phosphors, as well as solids with upconversion emissions. We characterized the prepared compounds by X-ray diffractometry, electron microscopy, dynamic light scattering, thermal analysis, and vibrational and luminescence spectroscopies (emission/excitation, luminescence lifetimes, quantum yields, chromaticity, and Judd-Ofelt intensity parameters).

Presentes há mais de dois séculos no cenário acadêmico mundial, as terras taras (TR) figuram há várias décadas entre as mais atuais tecnologias desenvolvidas pelo homem em diversas áreas do conhecimento. Particularmente, no que tange às aplicações de materiais luminescentes, as propriedades espectroscópicas únicas das TR tornaram-nas, nos últimos anos, praticamente insubstituíveis em dispositivos clássicos tricolores (tais como lâmpadas fluorescentes compactas ou tubos de raios catódicos). Contudo, o surgimento de novas tecnologias de visualização (displays compactos de alta resolução) e iluminação (eliminação do mercúrio de lâmpadas fluorescentes) impulsiona cada vez mais o estudo das propriedades e dos métodos de síntese de luminóforos a base de TR. Nesse sentido, o presente trabalho consistiu na avaliação de processos sintéticos para a obtenção de sólidos nanoestruturados a base de fosfatos e vanadatos de TR capazes de atuar como luminóforos sob excitação no ultravioleta de vácuo, além da caracterização estrutural e espectroscópica desses materiais. Desenvolveram-se adaptações de três abordagens sintéticas para o preparo dos sólidos: o método dos precursores poliméricos (Pechini) e os métodos de precipitações em microemulsões reversas e de precipitações coloidais. Tais métodos são adaptáveis de acordo com as necessidades de síntese (controle morfológico, controle composicional, grau de agregação de partículas etc.) e consistem em abordagens consideravelmente eficientes para a obtenção de fosfatos e/ou vanadatos de TR nanoestruturados. Sintetizaram-se ortofosfatos (TRPO4), fosfovanadatos (TRP1-xVxO4) e sistemas core@shell (TRVO4@TRPO4) com diferentes composições, a fim de se obterem luminóforos vermelhos, verdes e azuis, além de sólidos com emissão por conversão ascendente (upconversion). Os compostos obtidos foram caracterizados por difratometria de raios-X, microscopia eletrônica, espalhamento dinâmico de luz, análise térmica, espectroscopia vibracional e espectroscopia de luminescência (emissão/excitação, tempos de vida, eficiências quânticas, cromaticidade, parâmetros de intensidade de Judd-Ofelt). / The rare earth elements (RE) have figured in the academic scenario for over two centuries, being an integral part of most up-to-date developed technologies in several fields of expertise. Regarding the applications of luminescent materials over the last years, the unique spectroscopic properties of RE elements have made them almost irreplaceable in classic tricolor devices, such as compact fluorescent lamps or cathode ray tubes. Nevertheless, the advent of new visualization and lighting technologies, like the high-resolution compact displays and the elimination of mercury from fluorescent lamps, has stimulated scientists to investigate the synthesis and properties of RE-based phosphors. In this work, we have evaluated the processes available for the synthesis of nanostructured RE phosphates and vanadates capable of acting as phosphors under vacuum ultraviolet excitation, and conducted the structural and spectroscopic characterization of these materials. We used three strategies to prepare the solids: the polymeric precursor method (Pechini), precipitation into reverse microemulsions, the colloidal precipitations. These methods can be adapted to the synthesis requirements and enable the control of morphology, composition and particle aggregation, thus constituting highly efficient ways to obtain nanostructured RE phosphates and/or vanadates. We synthesized orthophosphates (REPO4), phosphovanadates (REP1-xVxO4), and core@shell structures (REVO4@REPO4) with different composition, to generate of red, green, and blue phosphors, as well as solids with upconversion emissions. We characterized the prepared compounds by X-ray diffractometry, electron microscopy, dynamic light scattering, thermal analysis, and vibrational and luminescence spectroscopies (emission/excitation, luminescence lifetimes, quantum yields, chromaticity, and Judd-Ofelt intensity parameters).

Orientador: Oswaldo Luiz Alves / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T15:38:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Holtz_RaphaelDias_D.pdf: 5088635 bytes, checksum: d278014c22731df6df2370e7da3785ba (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Neste trabalho foram desenvolvidas nanoestruturas de vanadatos de prata, de cério e de bismuto e investigadas as suas propriedades antibacterianas. Tais nanoestruturas foram sintetizadas a partir de reações de precipitação entre o vanadato de amônio e os nitratos ou cloretos dos metais correspondentes, sendo posteriormente realizados tratamentos hidrotérmicos em autoclaves providas de agitadores mecânicos e medidores de pressão e de temperatura do meio reacional. Os materiais foram caracterizados por diversas técnicas de caracterização físico-química e morfológica, sendo sua atividade antibacteriana avaliada frente às cepas de bactérias Gram-Positivas e Gram-Negativas de interesse, incluindo cepas de Staphylococcus aureus resistente à meticilina e Enterococcus resistente à vancomicina. Foi observado que o vanadato de prata apresentou uma elevada atividade antibacteriana contra diversas cepas bacterianas. O elevado potencial antibacteriano do vanadato de prata despertou o interesse em avaliar a sua utilização como aditivo antibacteriano em uma tinta comercial à base de água. Os resultados de sua adição foram promissores uma vez que foram observados halos de inibição do crescimento bacteriano. Esses resultados levantaram questionamentos importantes acerca do seu comportamento frente à microorganismos aquáticos, uma vez que existe a possibilidade de, no futuro, este material ser utilizado comercialmente como aditivo antibacteriano para tintas e revestimentos. Foram realizados experimentos de toxicidade aguda frente ao microcrustáceo Daphnia similis, sendo que os valores de CE50 foram próximos aos valores apresentados para os compostos de prata / Abstract; In this work we report the development and characterization of silver-, cerium- and bismuth vanadate nanostructures as well as their antibacterial activity. These nanostructures were synthesized from simple precipitation reaction between ammonium vanadate and nitrates/chlorides of the corresponding metals. The obtained precipitates were treated by hydrothermal process in autoclaves with pressure and temperature gauges and under mechanical stirring. These nanomaterials were characterized by several physico-chemical techniques and morphological characterization, and their antibacterial activities were evaluated against several strains of Gram-positive and Gram-Negative bacteria, including methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and vancomycin-resistant Enterococcus (VRE). We observed that nanostructured silver vanadate presented a high antibacterial activity against a broad spectrum of bacteria. These results stimulated the evaluation of silver vanadate nanostructures as a potential antibacterial additive to commercial water-based paint. It was observed a zone of bacterial growth inhibition against MRSA. The possible use of this material as an additive to water-based paints lead us to investigate the toxicity of this material against aquatic microorganisms, once this material can be commercial used in future as antibacterial additive to paints and coatings. Acute toxicity assays against Daphnia similis showed that EC50 value was close to that observed in silver-based compounds / Doutorado / Quimica Inorganica / Doutor em Ciências