Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / In this work a theoretical study was carried out to investigate the spectroscopic properties of trivalent europium complexes. The study was divided into two parts. The first one was the study of the luminescent efficiency of five complexes which had as ligands β-diketones and pyrazole. Pyrazole modifications were made promoting a gradual increase in the amount of fluorine atoms in the search for systems with greater luminescence. The second part was the study of structural elucidation and luminescent efficiency of two Eu3+ complexes, which showed as ligand the molecule of ibuprofen and methylbipyridine. The difference between the two systems was that in one complex the methyl group of bipyridine was in the meta position and in the other in the para position. Semiempirical methodologies such as the Sparkle models, the INDO/S-CIS method, the Judd-Ofelt theory and the energy transfer models proposed by Malta et al were used to certify this. The theories and models used to treat the spectroscopic properties of these systems are implemented in the LUMPAC - Luminescence Package, which was used in this study. In the first part, an evaluation of calculation models of the ground state geometry more suitable for the study and from comparisons with crystallographic structures the model that presented smaller error was the Sparkle/PM3. From the results obtained, it has been seen that the luminescence intensity of the Eu3+ complexes increases when the C-H bonds are replaced by C-F bonds, and more strongly when CF2 groups are added. Further extension in the length of the fluorinated chain greatly decreases the rate of nonradiative decay and increases the rate of radiative decay, thereby increasing the quantum efficiency of the complex. The results obtained were theoretically compared with the experimental results and showed good agreement. In the second part of the work, no evaluation of the geometry calculation model was performed, since it is a system that does not have certain crystallographic structures. Thus, the RM1 model was used to optimize the geometry, since it is a recent model that satisfactorily treats lanthanide systems. The results obtained did not show much difference, that is, the position of the methyl group in the meta or para position in the bipyridine linker does not cause considerable effect on the coordination polyhedron. However, they presented higher radiative decay rates than the rates of non-radiative decay and high quantum efficiency. Finally, the good agreement between the theoretical results and the experimental results is a strong indicatio / Neste trabalho foi realizado um estudo teórico para a investigação das propriedades espectroscópicas de complexos de európio trivalente. O estudo foi dividido em duas partes. Na primeira foi feito o estudo da eficiência luminescente de cinco complexos os quais tinham como ligantes β-dicetonas e pirazol, sendo que no pirazol foram realizadas modificações promovendo um aumento gradativo na quantidade de átomos de flúor na busca por sistemas com maior luminescência. Na segunda parte foi feito o estudo de elucidação estrutural e da eficiência luminescente de dois complexos de Eu3+, os quais apresentavam como ligante a molécula de ibuprofeno e a metilbipiridina. A diferença entre os dois sistemas era que em um complexo o grupo metil da bipiridina estava na posição meta e no outro na posição para. Para isto, foram utilizadas metodologias semiempíricas, tais como os modelos Sparkle, o método INDO/S-CIS, a teoria de Judd-Ofelt e os modelos transferência de energia propostos por Malta e colaboradores. As teorias e modelos utilizados para tratar das propriedades espectroscópicas destes sistemas, estão implementados no pacote computacional LUMPAC – Luminescence Package, o qual foi utilizado neste estudo. Na primeira parte, fez-se uma avaliação dos modelos de cálculo da geometria do estado fundamental mais adequada para o estudo e a partir de comparações com estruturas cristalográficas o modelo que apresentou menor erro foi o Sparkle/PM3. A partir dos resultados obtidos, foi visto que a intensidade de luminescência dos complexos de Eu3+ aumenta quando as ligações C-H são substituídas por ligações C-F, e mais fortemente quando grupos CF2 são adicionados. A extensão adicional no comprimento da cadeia fluorada diminui fortemente a taxa de decaimento não radiativo e aumenta a taxa de decaimento radiativo, aumentando dessa maneira a eficiência quântica do complexo. Os resultados obtidos teoricamente foram comparados com os resultados experimentais e apresentaram boa concordância. Na segunda parte do trabalho, não foi realizado avaliação de modelo de cálculo de geometria, por se tratar de sistemas que não apresentam estruturas cristalográficas determinadas. Assim, foi utilizado o modelo RM1 para otimização da geometria, por se tratar de um modelo recente que trata de maneira satisfatória sistemas lantanídicos. Os resultados obtidos não apresentaram muita diferença, ou seja, a posição do grupo metil na posição meta ou para no ligante bipiridina não causa efeito considerável sobre o poliedro de coordenação. No entanto, apresentaram taxas de decaimento radiativo maiores do que as taxas de decaimento não radiativo e elevada eficiência quântica. Por fim, a boa concordância entre os resultados teóricos e os resultados experimentais é um forte indício que as estruturas propostas correspondem aos sistemas sintetizados. / São Cristóvão, SE

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Many materials with luminescent properties are used for ionizing radiation dosimetry through the thermoluminescence (TL) and optically stimulated luminescence (OSL) techniques. Detectors based on lithium fluoride (LiF), calcium sulphate (CaSO4) and aluminum oxide (Al2O3), doped or codoped with various elements, are the TL or OSL commercial dosimeters most widely used currently. However, several researches are focused to the development of new TL /OSL materials aiming to enhance the dosimetric properties, since no TL/OSL dosimeter has all the ideal characteristics for monitoring radiation. In this context, magnesium tetraborate (MgB4O7), which has been presented in the literature as a material for TL dosimetry, was investigated in this work. As there are no reports on the structural characterization of this material or regarding its applicability in OSL dosimetry, the proposal of the present work was to develop compounds based on MgB4O7, with different doping, by solid state synthesis. It was made the structural, optical, TL and OSL characterization of the compound to verify its feasibility for application in radiation dosimetry. Initially, it was determined the calcination temperature and time for MgB4O7 formation, with the use of thermal analyses and x ray diffraction. We produced , in powder form, the compounds:MgB4O7, MgB4O7:Dy, MgB4O7:Dy,Li, MgB4O7:Ce, MgB4O7:Ce,Li, MgB4O7:Nd and MgB4O7:Nd,Li. For TL and OSL analyses it were produced pellets sintering at 950º C for 2 hours. The radioluminescence (RL) results from the MgB4O7:Dy and MgB4O7:Dy,Li composites shows wavelength emissions at 490, 590, 670 and 760 nm. For MgB4O7:Ce and MgB4O7:Ce,Li composites, we observed a wide emission band in the ultraviolet region. With the results obtained from the TL characterization, we also discuss aspects such as: effect of sintering and dopant concentrations in emissions, influence of doping and codoping with Li in MgB4O7 matrix, thermal treatment reuse, TL signal reproducibility, dose response curve, relative sensitivity and we analyzed the kinetic parameters of the TL emission curves. The OSL analyses of MgB4O7:Dy,Li,MgB4O7:Ce,Li and MgB4O7:Nd,Li indicate that the compounds have high cross section for photoionization to the wavelength emitted by blue LEDs, and from three compounds analyzed the MgB4O7: Ce,Li showed greater sensitivity.Partial preheating and partial cleaning methods allowed to elucidate the OSL phenomenology in compounds. / Muitos materiais com propriedades luminescentes são utilizados para dosimetria das radiações ionizantes através da técnica da termoluminescência (TL) e da luminescência oticamente estimulada (LOE). Os detectores à base de fluoreto de lítio (LiF), o sulfato de cálcio (CaSO4) e o óxido de alumínio (Al2O3), dopados ou codopados com diversos elementos, são os dosímetros comerciais TL ou LOE mais utilizados atualmente. Porém, diversas pesquisas estão focadas para o desenvolvimento de novos materiais TL/LOE com intuito de aprimorar as propriedades dosimétricas, tendo em vista que nenhum dosímetro TL/LOE possuem todas as características ideais para a monitoração da radiação. Neste contexto, o tetraborato de magnésio (MgB4O7), que tem sido apresentado na literatura como um material para dosimetria TL, foi investigado. Como não há relatos sobre a caracterização estrutural desse material nem quanto à sua aplicabilidade em dosimetria LOE, a proposta do presente trabalho foi desenvolver compostos à base de MgB4O7, com diferentes dopagens, através da síntese de estado sólido. Foi realizada a caracterização estrutural, ótica, TL e LOE do composto para se verificar a viabilidade dele para aplicações em dosimetria das radiações. Inicialmente, foi determinada a temperatura e o tempo de calcinação para a formação do MgB4O7, com uso de análises térmicas e difratometria de raio X (DRX). Foram produzidos, na forma de pó, os compostos: MgB4O7, MgB4O7:Dy, MgB4O7:Dy,Li, MgB4O7:Ce, MgB4O7:Ce,Li, MgB4O7:Nd e MgB4O7:Nd,Li. Para a análise TL e LOE, foram produzidas pastilhas sinterizadas a 950º C por 2 horas. Os resultados de radioluminescência (RL) dos compostos MgB4O7:Dy e MgB4O7:Dy,Li mostram emissões em 490, 590, 670 e 760 nm. Para o compostos MgB4O7:Ce e MgB4O7:Ce,Li foi observada uma larga banda de emissão RL na região do ultravioleta. Com os resultados obtidos da caracterização TL, também foram discutidos aspectos como: efeito das sinterizações e das concentrações de dopantes nas emissões, influência dos dopantes e do codopante Li na matriz MgB4O7, tratamento térmico de reutilização, reprodutibilidade do sinal TL, curva dose-resposta, sensibilidade relativa e foram feitas análises dos parâmetros cinéticos das curvas de emissões TL. As análises LOE dos MgB4O7:Dy,Li,MgB4O7:Ce,Li e MgB4O7:Nd,Li indicaram que os compostos apresentaram alta secção de choque para fotoionização para o comprimento de onda emitido por LEDs azuis, e que dos três compostos analisados o MgB4O7:Ce,Li apresentou maior sensibilidade LOE. Os métodos de aquecimentos parciais e limpeza parcial permitiram elucidar a fenomenologia LOE nos compostos.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The study describes the preparation, structural and optical characterization of Lithium Aluminate (LiAl5O8) pristine and doped with trivalent lanthanide ions (Ln3+ =Ce3+, Eu3+ or Tb3+). In this study, Lithium Aluminate pure and doped were produced via sol-gel route, using glucose anhydrous as polymer agent. Structural analysis was performed using X-rays di raction (XRD) and optical properties through photoluminescence spectroscopy. The X-ray di raction (XRD) patterns showed signi cant evidence of formation of the desired crystalline phase. Based on XRD patterns and using the Scherrer equation, it is estimated that all of the samples produced have a nanosize dimensions. The results revels stoichiometric variation of lithium and the incorporation of the dopant ion did not cause signi cant changes in the LiAl5O8. Photoluminescence measurement of (LiAl5O8) pristine and doped with Ce3+, Eu3+ or Tb3+, for samples with and without variation of lithium stoichiometry were performed. The Excitation and emission spectra of the LiAl5O8 pristine showed with wide and high intensity bands, all attributed to the Fe3+ ion. The presence of iron ions are attributed to its existence in precursor reagents. Excitation spectra of Ce3+, Eu3+ or Tb3+, have high intensity wide band and wavelengths of higher excitation intensity in the ultraviolet region (240-290 nm), all attributed the speci c intercon guration transitions of each dopant ion. Being for the ions Ce3+ and Tb3+ due to the transition 4f!5d, and for the ion Eu3+ due to the charge transfer between Oxygen and Europium. The emission spectra, exhibited high emission intensity in the blue colors when doped with Ce3+ ions, red when doped with Eu3+ ions and green with Tb3+ ions. Based on the emission spectra and chromaticity diagrams, it was possible to verify that the accomplishment of the stoichiometric variation of Lithium in uences quantitatively in the spectral emission, motivating a variation in the chromaticity coordinates. Therefore, it can conclude that the variation of the Lithium stoichiometry signi cantly changes the optical properties of the LiAl5O8 when doped Ce3+, Eu3+ or Tb3+. This is capable to emitting di erent color bands in the region of blue, red and green when exposed to ultraviolet radiation. / O presente estudo apresenta à sintetização, caracterização estrutural e óptica do Aluminato de Lítio (LiAl5O8) puro e dopado com íons lantanídeos trivalentes (Ln3+ = Ce3+, Eu3+ ou Tb3+). Os aluminatos de lítio puro e dopados foram produzidos através da rota de síntese via sol-gel, utilizando glicose anidra como agente polimerizador. A análise estrutural foi realizada por meio da difração de raios X (DRX), re namento Rietveld e óptica através da espectroscopia fotoluminescente. Os padrões de DRX evidenciaram de maneira signi cativa a formação da fase cristalina desejada, estando em conformidade com o padrão teórico mais aceito na literatura. Com base nos DRX e através da equação de Scherrer, estima-se que todas as amostras produzidas neste estudo apresentam-se com dimensões nanométricas. Mediante o re namento Rietveld, veri cou-se que o desvio estequiom étrico de lítio assim como à introdução do íon dopante não ocasionaram mudanças de grande relevância na formação estrutural do LiAl5O8. O estudo fotoluminescente do LiAl5O8 puro e dopado com Ce3+, Eu3+ ou Tb3+ para as amostras com e sem desvio de estequiometria de lítio foram realizados através dos espectros de excitação e emissão. Os espectros de excitação e emissão do LiAl5O8 puro apresentaram-se com bandas largas e de grande intensidade, todas atribuídas ao íon Fe3+. A presença do ferro é atribuída a sua existência nos reagentes precursores. Os espectros de excitação do Ce3+, Eu3+ ou Tb3+ se apresentam na forma de uma banda larga com alta intensidade e comprimentos de onda de maior intensidade de excitação na região do ultravioleta (240-290 nm), todas devidamente atribuídas as transições intercon guracionais especí cas de cada íon dopante, sendo para os íons Ce3+ e Tb3+ oriunda da transição 4f!5d, e para o íon Eu3+ devido à transferência de carga entre o oxigênio e o európio. Já os espectros de emissão, exibiram alta intensidade de emissão nas cores azul proveniente do Ce3+, vermelho devido a utilização do íon Eu3+ e verde oriundo do dopante Tb3+. Com base, nos espectros de emissão e pelos diagramas de cromaticidade, constatou-se que a realização do desvio estequiométrico de lítio in uência quantitativamente na formação espectral, motivando uma variação nas coordenadas de cromaticidade. Isto determina a mudança na cor de emissão do material, ou seja, a variação da estequiometria de lítio proporciona de maneira signi cativa mudanças nas propriedades ópticas do LiAl5O8 quando dopado. Portanto, obteve-se como resultado materiais com o mesmo padrão estrutural, capazes de emitir em diferentes faixas de cores na região do azul, vermelho e verde, quando expostos a radiação ultravioleta. / São Cristóvão, SE

In the present work a new synthesis route, a hybrid between solid state reaction and proteic sol-gel method, is applied to a scintillator material based on Ca2Al2SiO7 (CAS). The luminescence mechanisms for the nanostructured scintillator is studied a mechanism that describes the luminescence process, when excited with X-rays, is proposed. The same system was also prepared via other 2 different methodologies, solid state traditional route, proteic sol-gel route, and 3 different solvents were used, for comparison in the hybrid method. In all cases the CAS phase was found as indicated by X-ray powder diffraction. During the thermal evolution of CAS precursors prepared via hybrid route assisted by coconut water, intermediate oxide phases were formed and they reacted with SiO2 to form the final CAS phase. SEM images indicated that the organic molecules present in the coconut water play an important role in the nanoparticle formation defining the average size and morphology, Samples prepared via the hybrid route showed particle with spherical shape with average size of (36 ± 15) nm. Analysis carried out via photoemission spectroscopy indicated that Si ions are the most abundant cation on surface of the particles produces via hybrid methods and solid state reaction. X-ray absorption (XAS) revealed that the Si coordination environment did not change during the synthesis. The XAS technique also indicated that the main valence for the dopants in CAS structure and the emission spectra obtained via pholuminescence and X-ray excited optical luminescence (XEOL) confirmed that the main emissions are related to the dopants on the CAS matrix. Extended X-ray absorption fine structure revealed the location of the dopants in the CAS matrix, and the most probable defect generated for the dopant presence. XEOL excitation spectra showed different behaviors for the luminescence around K edge of the matrix elements. The XEOL decay time indicated that fast scintillators were produced when CAS were doped with Ce3+ with characteristic constants lower than 40 ns. The results time dependent XEOL emission also showed that the luminescence decay curves are influenced by the presence of electrons and holes shallow traps in the CAS electronic structure. / No presente trabalho uma nova rota de síntese, híbrida entre as sínteses de estado sólido e sol-gel proteico, é aplicada a um material cintilador baseado na matriz cristalina Ca2Al2SiO7 (CAS). Adicionalmente, o mecanismo de luminescência destes cintiladores nanoestruturados é estudado e um modelo é proposto. Para efeito de comparação com a rota de síntese híbrida, amostras foram também preparadas por sol-gel proteico e síntese de estado sólido, e com a variação do solvente na síntese híbrida. Os resultados de difração de raios X mostraram que as amostras apresentaram a fase cristalina de Ca2Al2SiO7 após calcinação acima de 1300°C. Durante a evolução térmica dos precursores preparados pelo método híbrido assistido por água de coco, fases cristalinas intermediárias são formadas e estas reagem com o SiO2, até a formação do CAS. As imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura indicaram que as moléculas orgânicas presentes na água de coco são decisivas no controle do tamanho e morfologia das nanopartículas obtidas pelo método híbrido, e as partículas apresentam formato esférico e tamanho médios de (36 ± 15) nm. A espectroscopia de fotoemissão revelou que o Si é o elemento mais abundante na superfície das amostras produzidas pelos métodos híbridos e síntese de estado sólido. Enquanto a absorção de raios X (XAS) mostrou que a coordenação do Si não muda durante a síntese. A XAS também indicou as valências mais abundantes dos íons dopantes do CAS e os espectros de emissão fotoluminescente e de luminescência óptica estimulada por raios X (XEOL) confirmaram que estes são os canais luminescentes dos materiais. Com a análise da estrutura fina de absorção de raios X foi possível localizar os sítios ocupados pelos dopantes no CAS, assim como estimar o tipo de defeito mais provável, gerado pela presença destes íons. Os espectros de excitação XEOL mostraram comportamentos diferentes para a luminescência na região das bordas K de absorção dos elementos da matriz. As medidas de tempo de decaimento da luminescência indicaram a obtenção de cintiladores muito rápidos, com constantes características menores que 40 ns em todas as amostras que contém Ce3+ e que o processo de decaimento também está associado à presença de armadilhas de portadores de cargas na estrutura eletrônica do material.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:35:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A forma isomórfica predominante nos biominerais (casca de ostra, coral, madrepérola e concha) estudados foi a aragonita. Contudo, o surgimento da fase calcita deu-se à temperatura de 500°C a uma taxa de aquecimento de 10°C/s para todas as amostras; e para a amostra de coral, à temperatura de 400°C, independente da taxa de aquecimento. O elemento mais abundante nas amostras de biominerais foi o Ca na forma de CaO e para os silicatos (tremolita, diopsídio e rodonita), o Si na forma de SiO. O elemento traço mais presente nas amostras de biominerais foi o Fe. A análise de ressonância paramagnética eletrônica mostrou as linhas de Mn2+ nas amostras de coral e madrepérola, antes da irradiação. Para amostras irradiadas, os defeitos encontrados foram os radicais CO2-, CO33-, CO3-, SO2-, SO3-, e num intervalo de g entre 2,0010 e 2,0062. Na análise por absorção óptica dos biominerais foram encontradas transições devido à presença de Mn nas amostras. Foi observado um pico termoluminescente (TL) em aproximadamente 140°C para os biominerais e em 180°C para os silicatos, cuja intensidade depende diretamente da dose. Para amostras expostas a diferentes tipos de radiações, o pico TL ocorre em temperaturas mais baixas. Para as curvas dose-resposta obtidas para esses materiais, foi possível determinar um intervalo de linearidade para o qual a sua aplicação em dosimetria de doses altas se torna possível. Levando-se em consideração o tipo de radiação, dentre os biominerais e os silicatos, obteve-se a menor dose detectável (40mGy), para a radiação gama em amostra de casca de ostra utilizando-se a técnica de medição de luminescência opticamente estimulada (LOE). Para radiação beta, as amostras de tremolita e diopsídio obtiveram a menor dose detectável (60mGy). No geral, obteve-se uma boa reprodutibilidade para as amostras, utilizando-se as técnicas TL, LOE e emissão exoeletrônica termicamente estimulada (TSEE) para as radiações alfa, beta e gama. Portanto, pode-se concluir que as amostras caracterizadas neste trabalho podem ser utilizadas como detectores/dosímetros de doses altas. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Complexos contendo íons de terras raras são de grande interesse na fabricação de dispositivos eletroluminescentes como é o caso do diodo emissor de luz construído com compostos orgânicos (OLED). Esses dispositivos, utilizando íons de terras raras trivalentes (TR3+) como centros emissores, exibem alta luminescência com bandas espectrais extremamente finas devido à estrutura dos seus níveis de energia, tempos de vida longos e a alta eficiência quântica. Este trabalho relata a preparação de complexos de β-dicetonatos (tta - tenoiltrifluoroacetonato e acac - acetilacetonato) de terras raras (Tb3+, Eu3+ e Gd3+) contendo ligante macrocíclico éter coroa (DB18C6 - dibenzo18coroa6) e de filmes poliméricos de UO22+. Os materiais obtidos foram caracterizados por titulação complexométrica com EDTA, análise elementar de CH, espectroscopia de absorção na região do infravermelho, análise termogravimétrica, difratometria de raios X (método do pó) e espectroscopia de luminescência. Na manufatura do dispositivo OLED construído neste trabalho utilizou-se a técnica de deposição física de filmes finos por fase vapor (PVD, Physical Vapor Deposition). / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-01-21T10:06:51Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-01-21T10:06:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O interesse em utilizar terras raras para investigar propriedades e funções de sistemas bioquímicos tanto quanto de determinar substâncias biológicas tem crescido em diferentes áreas, incluindo biomarcadores em imunologia (fluoroimunoensaios). Atualmente, o uso de terras raras no diagnóstico de diversas doenças tem se tornado muito importante com o desenvolvimento de kits de diagnóstico. Como característica principal, as terras raras podem apresentar longo tempo de vida, fotoestabilidade e bandas de emissão finas e bem definidas na região do visível, demonstrando vantagens únicas quando comparadas a outras espécies luminescentes. O presente trabalho teve como objetivo sintetizar molibdatos de terras raras pelo método de coprecipitação, assim como caracterizá-los através de técnicas como: difração de raios X, espectroscopia do infravermelho, análise termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão e estudos de luminescência. Nesse trabalho foram desenvolvidos três diferentes estudos de síntese: a influência da variação da velocidade do dispersor no momento da precipitação; a influência do tratamento térmico na estrutura, morfologia e propriedades luminescentes; e a influência da concentração do íon dopante nas propriedades estruturais e espectroscópicas. Outro passo importante desse trabalho foi o de aminofuncionalizar as nanopartículas utilizando um organosilano (APTES) para recobrir e estabelecer pontos para que essas partículas pudessem se ligar a espécies biológicas. Foi comprovado pelos resultados das caracterizações que esse processo foi eficiente e a incorporação da sílica foi bem sucedida. O Antígeno Específico da Próstata (PSA) foi então ligado às nanopartículas funcionalizadas para possibilitar o diagnóstico de câncer de próstata através de fluoroimunoensaios e dessa forma, níveis de detecção foram estabelecidos. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Marco Antonio Oliveira da Silva (maosilva@ipen.br) on 2017-11-09T11:51:03Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-11-09T11:51:03Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O tratamento utilizando Radioterapia em Arco Modulado Volumétrico é a modalidade mais moderna de radioterapia conformacional de forma que, com superposição de vários campos, as distribuições de dose forneçam uma perfeita conformação ao tumor, diminuindo a probabilidade de complicações nos tecidos normais adjacentes. Nesse sentido, muitos esforços estão sendo investidos para melhorar a conformidade de distribuição de dose, bem como a integração de técnicas de imagem para rastreamento de tumores e correção de variações inter e intrafração. Para isso, um intenso acompanhamento da qualidade dos processos e um programa de garantia de qualidade são fundamentais para a segurança dos pacientes e o cumprimento da legislação vigente; além do uso de diferentes metodologias de dosimetria para inter comparação e validação dos resultados. Este trabalho tem por objetivo avaliar e comparar o desempenho dos dosímetros OSL de óxido de alumínio (Al2O3:C) fabricados pela Landauer Inc. com os fabricados pela Rexon™ na dosimetria de feixes clínicos de fótons de energias altas empregados em radioterapia com tratamento em arco modulado volumétrico (VMAT) utilizando diferentes objetos simuladores. Os dosímetros foram caracterizados para radiação gama do 60Co e para feixes clínicos de fótons de 6 MV típicos de tratamentos por VMAT em condições de equilíbrio eletrônico e de dose máxima respectivamente. Testes de desempenho das leitoras TL e OSL utilizadas e repetibilidade das amostras foram avaliadas. Após realizados todos os testes, os dosímetros foram irradiados na simulação de diferentes tratamentos radioterápicos por VMAT e suas respostas comparadas ao sistema de planejamento. Todos os tipos de dosímetros apresentaram resultados satisfatórios na verificação das doses desse tipo de simulação de planejamento. Os dosímetros de Al2O3:C apresentaram resultados compatíveis entre si e validados pelos outros dosímetros e câmara de ionização. Em relação a melhor técnica, o sistema comercial OSL InLight apresenta maior praticidade e versatilidade para uso e aplicação na rotina clínica. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

O método cerâmico é a rota de síntese mais utilizada na produção de materiais luminescentes no estado sólido dopados com íons terras raras. Porém, as altas temperaturas necessárias para a formação dos compostos somada ao longo tempo de síntese levantam questões sobre a viabilidade energética desse método. Nos dias atuais, há grande interesse em buscar alternativas mais sustentáveis que gastem menos energia, e produtos com performances cada vez melhores. Nesse cenário, foi proposta a síntese dos materiais com luminescência persistente em forno de micro-ondas doméstico, por se tratar de um equipamento relativamente barato, que gasta muito menos energia que um forno tubular convencional, e tem um tempo de síntese muito menor. Os materiais SrS:Eu2+,TR3+ (TR = Ce, Nd, Sm, Dy, Er e Yb) foram produzidos pelo método de síntese no estado sólido assistida por micro-ondas, e para validação e comparação do método, os materiais SrS:TR (TR = Eu2+, Ce3+, Sm3+ e Yb2+/3+) foram preparados por ambos os métodos cerâmico e assistido por micro-ondas. Estudos de estrutura e morfologia dos materiais preparados foram realizados com medidas de DRX em pó e XANES na borda-LIII dos íons terras raras e na borda-K do enxofre. As propriedades luminescentes dos materiais foram investigadas com medidas de termoluminescência, luminância, espectroscopia UVVisível, espectroscopia UV-Vácuo e XEOL. Todos os materiais dopados com Eu2+ têm uma banda larga de emissão centrada em 620 nm atribuída à transição 4f65d1→4f7 com forte efeito nefelauxético. Além do Eu2+, foram observadas transições 5d→4f para o Ce3+ e o Yb2+. Estudos de luminescência persistente mostraram que a co-dopagem do SrS:Eu2+ com íons TR3+ aumentaram a duração do tempo de emissão de luz dos materiais após cessada a fonte de irradiação em mais de 400 %. Além disso, não se observou diferença na duração do fenômeno para os diferentes íons co-dopantes, mostrando que o mecanismo de luminescência persistes nesse material é governado pelo armadilhamento de elétrons em defeitos pontuais na matriz. Um novo fenômeno foi observado com a intensa luminescência persistente gerada após irradiação com raios X. Por fim, foram realizados testes de aplicação dos materiais com luminescência persistente em iluminação no estado sólido para geração de luz branca, mostrando que eles podem ser utilizados em LEDs persistentes. / Hitherto, the ceramic method is the most employed synthesis route on the production of solid-state luminescent materials doped with rare-earth ions. However, the high temperatures required for the compounds formation added up to the long synthesis time give rise to questions about the energetic viability of this method. Nowadays there is a great interest in finding more sustainable alternatives which demands less energy and provides products with better performances. Is this scenario, the synthesis of the persistent luminescence materials in a domestic microwave oven was proposed, because it is a relatively cheap equipment that spends much less energy than a conventional tubular furnace and has a shorter synthesis time. Thus, the materials SrS:Eu2+,TR3+ (TR = Ce, Nd, Sm, Dy, Er e Yb) were prepared via the microwaveassisted solid-state synthesis, and, for validation and comparison between methods, the materials SrS:TR (TR = Eu2+, Ce3+, Sm3+ and Yb2+/3+) were prepared via both the ceramic and microwave-assisted methods. Studies of structure and morphology of the prepared materials were undertaken with XRD and XANES at LIII-edge of rare-earth ions and K-edge of sulfur measurements. The luminescent properties of the materials were explored with thermoluminescence, luminance, UV-Vis spectroscopy, VUV spectroscopy and XEOL measurements. All the Eu2+-doped materials have a large emission band centered at 620 nm assigned to the 4f65d1→4f7 transition with strong nephelauxetic effect. Besides Eu2+, 5d→4f transitions were observed for Ce3+ and Yb2+ as well. Persistent luminescence studies showed that co-doping SrS:Eu2+ with TR3+ have improved the light emission timespan in over 400 % after removing the irradiation source. Moreover, no difference was detected on the emission timespan for the different co-dopant ions, showing that the persistent luminescence mechanism for this material is governed by electron trapping on the matrix point defects. A new phenomenon with high-intensity persistent luminescence was observed in these materials after irradiation with X-ray. At last, tests of application of the persistent luminescent materials with solid-state white-lighting were made, showing that they can be used in persistent LEDs.

Materiais com luminescência persistente são normalmente baseados em aluminatos e silicatos dopados com íons Eu2+, portanto buscam-se novos materiais com diferentes dopantes. Consequentemente, os materiais BaAl2O4:Eu2+,TR3+ (R: La-Lu) foram preparados pelo método de combustão com temperaturas de ignição entre 400 e 600 °C, assim como pelo método cerâmico a 1500 °C. Os sistemas mais versáteis CdSiO3:TR3+ foram preparados apenas pelo método cerâmico a 950 °C. Para estudar a estrutura e a pureza de fase dos materiais utilizou-se espectroscopia de absorção no infravermelho, difração de raios X (método do pó) e microscopia eletrônica de varredura. Os estados de oxidação e o ambiente ao redor dos íons terras raras foram investigados com a espectroscopia de absorção de raios X com radiação Síncrotron (XANES e EXAFS). As propriedades da luminescência persistente dos fósforos foram investigadas com as técnicas de termoluminescência (TL), fotoluminescência e espectroscopia com radiação Síncrotron na região do UV-UV vácuo. Baseado nas medidas de TL, a estrutura dos defeitos dos materiais BaAl2O4:Eu2+,TR3+ (TR: Nd e Dy) e CdSiO3:TR3+ (TR: Pr, Gd e Tb) mostrou-se ideal para a luminescência persistente a temperatura ambiente. Os espectros de XANES indicaram a presença dos estados divalente e trivalente do Eu dopado na matriz BaAl2O4, enquanto que apenas íons TR3+ co-dopantes foram observados (exceto CeIV). O íon Eu3+ pode estar presente devido ao processo de migração do elétron do íon Eu2+ para a banda de condução durante o processo de excitação. Em contraste, para o sistema CdSiO3:TR3+, foram observadas apenas as espécies trivalentes TR3+, excluindo, portanto, a oxidação direta TR3+→TRIV. Apenas a transição interconfiguracional 4f65d1→4f7 do íon Eu2+ foi observada na luminescência persistente dos materiais BaAl2O4:Eu2+,TR3+. Por outro lado, para a matriz CdSiO3 dopada com íons Pr3+ e Tb3+, apenas as transições 4fn-4fn foram observadas, sem a presença da banda de emissão defeitos observada tanto no espectro de emissão sob excitação no UV como no espectro de luminescência persistente do CdSiO3:Gd3+. O band gap das matrizes BaAl2O4 (6,5 eV) e CdSiO3 (5,28 eV) foi obtido com a espectroscopia de excitação no UV-UV vácuo. A posição dos níveis de energia dos íons TR2+/3+ determinada com o auxílio da banda de transferência de carga ligante metal (LMCT) O2-(2p)Eu3+ confirmou o papel dos elétrons como carregadores de carga no mecanismo da luminescência persistente dos íons Eu2+, Pr3+ e Tb3+. Por fim, os mecanismos da luminescência persistente foram desenvolvidos, e, apesar de serem diferentes, os mecanismos para os íons Eu2+, Tb3+ e Pr3+ apresentaram princípios similares. Esta semelhança confirma a solidez da interpretação dos dados experimentais dos materiais com luminescência persistentes dopados com Eu2+ e encoraja a expansão de modelos similares para outros materiais com luminescência persistente no futuro. Cálculos teóricos com, por exemplo, método DFT poderão no futuro ser utilizados para refinar o modelo, diminuir o trabalho experimental e para descobrir novos modelos para sistemas que o atual modelo não pode ser aplicado, como no caso dos materiais dopados com Eu3+. / Persistent luminescent materials are usually based on Eu2+ doped aluminates or silicates, though novel materials with different dopants are seeked for. Accordingly, BaAl2O4:Eu2+,R3+ (R: La-Lu) materials were prepared by the combustion method with ignition temperatures between 400 and 600 °C as well as with the solid state reaction at 1500 °C. The more versatile CdSiO3:R3+ systems were prepared only with the solid state reaction at 950 °C. Infrared absorption spectroscopy, X-ray powder diffraction and Scanning Electron Microscopy techniques were used to study the structure and phase purity of the materials. The oxidation states of the rare earths and their environment were investigated with synchrotron radiation X-ray absorption spectroscopy (XANES and EXAFS). The persistent luminescence properties of the phosphors were investigated with thermoluminescence (TL), photoluminescence and synchrotron radiation UV-VUV spectroscopy. Based on the TL measurements, the trap structure for BaAl2O4:Eu2+,R3+ (R: Nd and Dy) and CdSiO3:R3+ (R: Pr, Gd and Tb) is ideal for room temperature persistent luminescence. The XANES spectra indicated the presence of both divalent and trivalent europium doped in the BaAl2O4 host, while only trivalent rare earth co-dopants were observed (except CeIV). Eu3+ may be present because of in situ charging of persistent luminescence. In contrast for the CdSiO3:R3+ system, only the trivalent R3+ species were observed, thus excluding the direct R3+→RIV (R: Pr and Tb) oxidation. Only the typical interconfigurational 4f65d1→4f7 transition of Eu2+ ion was observed in the persistent luminescence of BaAl2O4:Eu2+,R3+ materials. On the other hand, for the Pr3+ and Tb3+ doped CdSiO3, only 4fn-4fn transitions were observed with no traces of the defect band emission observed in either the conventional UV excited or persistent luminescence spectra of CdSiO3:Gd3+. The band gap energy for the hosts BaAl2O4 (6.5 eV) and CdSiO3 (5.28 eV) were obtained with the UV-VUV excitation spectroscopy. The R2+/3+ energy levels positions determined with the aid of the O2-(2p)→Eu3+ ligand to metal charge transfer transition (LMCT) confirmed the role of electrons as the charge carriers in the mechanism of Eu2+, Pr3+ and Tb3+ persistent luminescence. Finally, the persistent luminescence mechanisms were constructed and, despite the differences, the mechanisms for Eu2+, Tb3+ and Pr3+ proved to be rather similar. This similarity confirms the solidity of the interpretation of experimental data for the Eu2+ doped persistent luminescence materials and encourages the expansion of similar models for other persistent luminescence materials in the future. Theoretical calculations by e.g. DFT method can be used to refine the model, to decrease experimental work and to find different models for systems where the present model evidently fails, e.g. Eu3+ doped materials.