O objetivo do presente trabalho é o desenvolvimento de nanocompósitos de silício poroso/azul de metileno (PS/MB) utilizando-se substratos de silício macroporoso e mesoporoso para sua aplicação no monitoramento de gases orgânicos. Foram estudados processos de formação de PS/MB usando PS macroporoso e controlando o pH da solução. Os resultados obtidos indicam que a acidez da solução compromete a adsorção eficiente das moléculas de MB, sendo necessário a utilização de uma solução tampão para elevar o nível do pH. A necessidade de controlar o nível de pH da solução deve-se principalmente à característica ácida da superfície de PS recém formada, já que a superfície está constituída principalmente de ligações do tipo Si-Hx que são altamente hidrofóbicas. Os resultados da emissão fotoluminescente (PL) das estruturas de PS/MB em substrato de PS oxidado mostraram que a intensidade de emissão PL das moléculas de MB é mais intensa se comparada com a emissão das moléculas de MB em solução aquosa de baixa concentração. Esse resultado evidencia que a interação entre os elétrons p e a superfície do filme de PS otimiza a recombinação radiativa, minimizando possíveis caminhos não radiativos do estado excitado da molécula de MB. Adicionalmente, o resultado mostrou que as moléculas de MB adsorvidas sobre substratos de PS oxidados preservam suas características moleculares, atuando em forma monomérica. No caso de moléculas MB adsorvidas em substratos de PS não oxidados, os espectros de emissão PL mostraram que as moléculas de MB perderam sua identidade molecular formando, possivelmente, complexos na superfície do PS. Os resultados dos ensaios de adsorção das moléculas de MB em substratos de silício mesoporoso demonstraram ser mais eficientes quando o solvente utilizado foi o etanol, em condição de pH neutro. A monitoração de ambientes de vapores orgânicos foi efetuada através da resposta PL de uma estrutura de silício mesoporoso oxidado com moléculas de MB adsorvidas (Ox- PS/MB). Os resultados da emissão PL da estrutura Ox-PS/MB para os diferentes ambientes orgânicos apresentaram sinais de PL característicos para cada tipo de gás. Esses resultados mostraram o grande potencial de aplicação da estrutura Ox- PS/MB em um sistema de nariz óptico. / The objective of the present work is the porous silicon/methylene-blue (PS/MB) nanocomposite fabrication by using the macro-porous and mesoporous silicon substrate in order to be applied for organic solvent detection. The PS/MB formation process was studied PS/MB by using the macroporous silicon substrate by the pH value controlling of the solution moieties. The results showed that the acid condition of the solution compromises the efficiency of the MB adsorption wherever it was necessary to use the buffer in order to control the pH level of the solution. This additional process was a necessary condition because the fresh PS surface had had acid feature because the surface moieties at fresh PS are formed for the highly hydrophobic Si-Hx bonds. The PL spectra results from the PS/MB formed at oxidized PS substrate showed that the PL emission from the adsorbed MB molecules is more intense than the emission from the MB molecules in low concentrated solution. These results suggest that the PS surface and electrons p (in the MB) interaction minimizes the non-radioactive path for the excited state recombination of the MB molecules. Additionally this result showed that the adsorbed MB molecules preserved their molecular identity aging as a monomer moiety. In the case of the MB adsorbed at non-oxidized PS substrate, the PL spectra showed that the MB molecules lost their identity forming possible complex moieties at PS surface. The experimental results of the MB adsorption at the mesoporous silicon surface showed to be more efficient when the solution was ethanol at neutral pH value. The organic vapor ambient monitoring was made throughout the PL emission response of the Ox-PS/MB structure. These results showed that the PL emission had had the characteristic feature for each type of gas used in the experiment. These results showed the high potential application of the Ox-PS/MB structure in the optical nose system.

As propriedades ópticas de nanocristais de silício (Si-ncs) têm sido extensivamente estudadas após a primeira demonstração em 1990 de fotoluminescência altamente eficiente em silício poroso. Apesar dos progressos no entendimento da natureza da alta eficiência da luminescência dos Si-ncs e da enorme versatilidade para aplicações optoeletrônicas, este campo ainda é um tema de controvérsia devido à complexidade destes materiais. Além disso, as condições de preparação ainda afetam as propriedades de emissão destes materiais que são de fundamental importância para as aplicações tecnológicas. O presente trabalho teve como objetivo o estudo das propriedades óticas dos Si-ncs e entender os processos fotofisicos envolvidos na recombinação radiativa de éxcitons altamente confinados nesse sistema. Si-ncs embebidos em matriz amorfa de SiO2 foram preparados a partir de filmes de oxido de silício SiyO1-y subestequiométricos (y≥1/3) depositados em substratos de quartzo utilizando um sistema deposição CVD na fase estimulada por plasma (electron cyclotron resonance-plasma enhanced chemical vapor deposition ou ECR-PECVD). Esta técnica oferece boa passivação e estabilidade interfacial Si/SiO2. O tratamento térmico a altas temperaturas (900°C≤Ta≤1100°C) promove a precipitação do silício dentro da matriz, favorecendo um processo de nucleação e crescimento dos Si-ncs. Foram realizados tratamentos térmicos nos filmes sob atmosferas de Argônio (Ar) ou (Ar+5%H2) por duas horas. As distintas atmosferas promoveram a passivação de defeitos superficiais, principalmente de ligações pendentes pelo Hidrogênio. As propriedades associadas diretamente à fabricação, tais como estrutura cristalina, morfologia, tamanho e química da superfície dos Si-ncs foram correlacionadas com os processos de emissão envolvendo éxcitons. A caracterização estrutural foi realizada por Raio-x (XRD), Microscopia de Transmissão de Alta Resolução (HRTEM), Retroespalhamento de Rutherford e Espectroscopia Raman. As medidas óticas foram basicamente Absorção, Excitação Seletiva, Fotoluminescência CW (PL) e Fotoluminescência Resolvida no Tempo. Os resultados da caracterização indicaram que efeitos de confinamento quântico e de estados de superfície dominam o processo de recombinação no Si-nc/SiO2. Em conclusão, os resultados obtidos neste trabalho mostram uma interessante e uma nova correlação entre as condições de fabricação da amostra e os processos de recombinação de éxcitons em Si-nc/SiO2. Todos estes resultados desafiam modelos anteriores propostos para explicar as propriedades ópticas do sistema de Si-nc/SiO2 e prevê ajudar na futura aplicação tecnológica dos mesmos. / The optical properties of silicon nanocrystals (Si-nc) have been extensively studied after the first demonstration in 1990 of highly efficient photoluminescence in porous silicon. Despite progress in understanding the nature of high luminescence efficiency of Si-ncs and versatility for optoelectronic applications, this field is still a subject of controversy due to its complexity. Furthermore, the preparation conditions still affect the emission properties of these materials that are of fundamental importance for technological applications. This work aimed to study the optical properties of Si-ncs and to understand the photophysical processes involved in the radiative recombination of excitons strongly confined in this system. Si-ncs embedded in amorphous SiO2 were prepared from silicon oxide films of substoichiometric SiyO1-y (y≥1/3) deposited on quartz substrates using a CVD deposition system in phase stimulated by plasma (electron cyclotron resonance-plasma enhanced chemical vapor deposition ou ECR-PECVD). This technique provides good passivation and Si/SiO2 interfacial stability. The thermal treatment at high temperatures (900°C≤Ta≤1100°C) promotes the precipitation of silicon within the matrix, favoring a process of nucleation and growth of Si-ncs. The thermal treatments were performed in the films under Argon atmosphere (Ar) or (Ar+5%H2) for two hours. The use of different atmospheres allowed the understand of the passivation process of surface defects, particularly of dangling bonds by Hydrogen. The properties directly related to fabrication such as crystalline structure, morphology, size and surface chemistry of Si-ncs were correlated with emission processes involving excitons. The structural characterization was performed by X-Ray Diffraction (XRD), High resolution transmission electron microscopy (HRTEM), Rutherford Backscattering and Raman spectroscopy. The optical measurements were basically Absorption, Selective excitation, CW photoluminescence (PL) and Time Resolved Photoluminescence. The characterization results indicate that both quantum confinement and surface states effects dominate the recombination process in Si-ncs/SiO2. In conclusion, the results obtained in this work show an interesting and a novel correlation between the sample fabrication conditions and the exciton recombination process in Si-ncs/SiO2. All these results challenges previous models proposed to explain the optical properties of Si-nc systems and are expected to help further technological applications of this system.

Este trabalho apresenta a síntese e os estudos foto e eletroluminescentes dos complexos de β-dicetonatos (dibenzoilmetanato -DBM) de terras raras trivalentes (TR=Eu3+, Sm3+ e Gd3+) hidratados e contendo ligantes sulfóxidos (L= dibenzilsulfóxido - DBSO, dimetisulfóxido - DMSO, difenilsulfóxido - DPSO e p-toluilsulfóxido - PTSO). Os complexos obtidos foram caracterizados através das seguintes técnicas: i) análise elementar de carbono e hidrogênio; ii) análise dos íons TR3+ por titulação complexométrica; iii) difração de Raios X (método do pó); iv) análise térmica; v) espectroscopia vibracional de absorção no infravermelho (IV); e vi) microscopia eletrônica de varredura (MEV). As curvas TG/DTG dos complexos [TR(DBM)3H2O] e [TR(DBM)3(L)2] apresentam as etapas de decomposição térmica bem definidas e indicam que os complexos com ligantes sulfóxidos apresentam maior estabilidade térmica que os hidratados. Os espectros de absorção na região do IV evidenciam que a coordenação dos ligantes orgânicos (DBM e sulfóxidos) ao íon TR3+ ocorre através dos átomos de oxigênio. As fotomicrografias dos filmes indicam que as técnicas de deposição de filmes a vácuo e em solução podem fornecer filmes de boa qualidade. Os difratogramas de Raios X permitem o agrupamento dos complexos [TR(DBM)3(L)2] em uma mesma série isomórfica. Os espectros de emissão exibem desdobramentos das transições 5D0→7FJ (J=O-4) para os complexos de Eu3+ e 4G5/2→ 6HJ (J=5/2-11/2) para o Sm3+, que obedecem à regra de seleção 2J+1 e J+½, respectivamente. Os altos valores de parâmetros de intensidade Ω2 dos complexos de Eu3+ indicam que o íon TR encontra-se em um ambiente químico altamente polarizável. As curvas de decaimento dos níveis emissores 5D0 (Eu3+) e 4G5/2 (Sm3+) apresentam comportamento mono-exponencial para os complexos indicando a inexistência de outro processo de depopulação. Os valores de tempos de vida (τ) do nível emissor 5D0 dos Eu3+ complexos com ligantes sulfóxidos são maiores do que o complexo hidratado. Os complexos contendo ligantes sutfóxidos apresentam valores de eficiência quântica de emissão (η) e rendimento quântico experimental (q) superiores aos complexos hidratados devido os osciladores OH. Os espectros de emissão do [Eu(DBM)3(PTSO)2] em soluções (etanol ou acetona) e em filmes apresentam perfis similares ao complexo no estado sólido. Tais resultados indicam que os dispositivos podem ser confeccionados através das técnicas em solução (spin coating, dip coating, \"silk screening e ink jetting). Os espectros de fosforescência dos complexos de Gd3+ apresentam as bandas referentes aos estados tripletos (T) do DBM (~486 nm); as quais estão ausentes nos espectros de emissão dos complexos de Eu3+ e Sm3+, indicando uma eficiente transferência de energia do estado T do ligante para os níveis emissores 5D0 do íon Eu3+ e 4G5/2 do íon Sm3+. O complexo [Eu(DBM)3(PTSO)2] foi utilizado como camada emissora de luz vermelha na confecção dos dispositivos eletroluminescentes (EL); os quais foram confeccionados através da técnica de deposição física a vapor e apresentam as seguintes estruturas: (1) ITO / MTCD / [Eu(DBM)3(PTSO)2] / Alq3 / AI; (2) ITO / NPB / [Eu(DBM)3(PTSO)2] / Alq3 / Al; e (3) ITO / NPB / [Eu(DBM)3(PTSO)2] / Al. O filme depositado de MTCD= 1-(3-metilfenil)-1,2,3,4-tetrahidroquinolina-6-carboxialdeído-1,1-difenilhidrazona e NPB= N, N\'-bis(1-naftil) - N, N\'- difenil - 1,1\' - bifenil - 4, 4\'- diamina, atuam como transportadores molecuares de lacunas (buracos). O composto Alq3 [tris(8-quinolinonato)alumínio(III)] atua como transportador de elétrons. Deve-se ressaltar que o [Eu(DBM)3(PTSO)2] também apresentam propriedades de transportadores de elétrons, o que tende a reduzir os custos de produção dos dispositivos EL orgânicos. A última camada do dispositivo eletroluminescente corresponde ao alumínio, o qual atua como catodo e refletor. Os espectros eletroluminescentes dos dispositivos exibem emissões características das transições 5D0→ 7FJ oriundas do íon Eu3+. A caracterização elétrica dos dispositivos indica que o dispositivo bi-camada apresenta maior eficiência do que o tri-camada. As coordenadas CIE (Commission Internationale de l\'Eclairage) dos dispositivos EL apresentam contribuições da emissão do NPB (400-600 nm) e da transição 5D1→ 7F1 do íon . Este problema pode ser solucionado com a alteração da arquitetura dos dispositivos (NPB, MTCD, TDP e Alq3). / This work presents the synthesis and photo and electroluminescent study of rare earth (RE3+= Eu3+, Gd3+ and Sm3+) β-diketonate (dibenzoylmethane - DBM) complexes with hydrated and sulfoxide ligands (L= benzyl sulfoxide -DBSO, methyl sulfoxide - DMSO, phenyl sulfoxide - DPSO and p-tolylsulfoxide - PTSO). The complexes were characterized by the following techniques: i) elemental analysis of carbon and hydrogen; ii) analysis of RE3+ by complexometric titration; iii) X Rays diffraction patterns; iv) thermal anaiysis; v) IR spectroscopy and vi) scanning electron microscope (SEM). The TG/DTG curves of [RE(DBM)3H2O] and [RE(DBM)3(L)2] complexes present stages of thermal decomposition well defined for the complexes and indicate higher thermal stability when compared with hydrated complex. The IR spectral data indicate that the coordination of organic ligands (DBM and sulfoxides) to RE3+ ions occur through the oxygen atoms. The photomicrographs obtained from films indicate which vacuum and solution techniques can give films with good quality. The X Rays diffraction patterns suggest that the [RE(DBM)3(L)2] complexes are in the same isomorfic series. The emission spectra of the complexes exhibit the 5D0→7FJ transitions (J=0-4) from the Eu3+ ion and 4G5/2→6HJ (J=5/2-11/2) from the Sm3+ ion, which follow the selection rule 2J+1 and J+½, respectively. The high values of the Ω2 intensity parameters of Eu3+ complexes indicate that the RE ion is in a highly polarizable chemical environment. The luminescence decay curves show a mono- exponential behavior for the complexes indicating the inexistence of other channel depopulation. The lifetimes (τ) values of the emitting level from RE3+ -complexes with sulfoxide ligands are higher than hydrated complexes. The complexes containing sulfoxide ligands present higher values of emission quanturn efficiency (η) and quantum yield (q) than hydrated complexes due OH oscillators. The emission spectra of [Eu(DBM)3(PTSO)2] in solutions and fiIms show the similar spectrum profles compared with that in solid state. These results indicate device construction could be realized from solution techniques as spin coating, dip coating, silk screening and ink jetting. The phosphorescence spectra of the Gd3+-complexes show broaden bands arising from the triplet states (T) of the DBM-(~486nm); which are absent in the emission spectra for the RE3+ complexes indicating an efficient energy transfer from the (T) state of the ligand to the emitting level 5D0 and 4G5/2 of Eu3+ and Sm3+ ions, respecfively. The complex [Eu(DBM)3(PTSO)2] was utilized as emitting layer of red light in construction of electroluminescent (EL) devices. These devices were constructed through Physical Vapour Deposition (PVD) technique and they present the following structures: (1) ITO / MTCD / [Eu(DBM)3(PTSO)2] / Alq3 / AI; (2) ITO / NPB / [Eu(DBM)3(PTSO)2] / Alq3 / Al; e (3) ITO / NPB / [Eu(DBM)3(PTSO)2] / Al The MTCD =1-( 3-methylphenyl)-1,2,3,4-tetrahydroquinoline-6-carboxyaldehyde-1,1-diphenyilhydrazone; and NPB =N,N-diphenyl-N,N-bis(1-naphthyl)-1,1-biphenyl-4,4\'-diamine, act as hole transporting layer (HTL). The Alq3, (8-hydroxyquinoline aluminum) thin film act as electron transporting layer (ETL). The [Eu(DBM)3(PTSO)2] complex shows electron transport properties; which tend to reduce the cost of production of this type of organic electroluminescent (EL) devices. The last layer is the Al (aluminum) thin íilm, which act as cathode and reflector of emitted light. The CIE (Commission Internationale de l\'Eclairage) coordinates of the EL devices show contributions of emission from the NPB (400-600 nm) and 5D1→ 7F1 transition from the Eu3+ ion. This problem can be solved with alteration h the architecture of the device (NPB, MTCD, TPD and Alq3.

Neste trabalho são investigados o designer e a fabricação nanomateriais magnéticos e luminescentes sofisticados bifuncionais baseados em Fe3O4 e complexos de RE3+. Portanto, novos nanomateriais Fe3O4@calix-Eu(TTA) e Fe3O4@calix-Tb(ACAC) emissores vermelho e verde superparamagnéticos foram preparados pelo método one-pot. Neste caso, o ligante calixareno quimicamente modicado como surfactantes para estabilizar as nanopartículas de Fe3O4. O ligante calixareno proporciona uma superfície quimicamente modificada e estabilidade coloidal das nanopartículas magnetitas. Consequentemente, as nanopartículas funcionalizadas (Fe3O4@calix) foram coordenadas aos íons TR3+ por meio da síntese one-pot, usando ligantes TTA e ACAC como sensibilizadores (efeito antena) para produzir nanofósforos altamente luminescentes. Além do mais, nanocompósitos bifuncionais óptico e magnético Fe3O4@SiO2-TTA-Eu(L), L: TTA, TC, AB e AMB bem como Fe3O4@SiO2-TTA-Tb(AB ou AMB) foram também preparados por meio de um protocolo de múltiplas etapas, utilizando as nanopartículas Fe3O4 como precursoras. Elas foram modificas com camadas de sílica, usando o método Stöber modificado e ligados com complexos de TR3+ para produzir nanocompósitos luminescentes e magnéticos. As técnicas de difração de raios X pelo método do pó (XPD), Espalhamento de Raios-X a baixo ângulo (SAXS), microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e microscopia de eletrônica de varredura (MEV) foram utilizas para determinar as estruturas, morfologias, distribuições de tamanhos e monodispersividade dos materiais sintetizados. Estes novos nanomateriais bifuncionais Fe3O4@calix-Eu(TTA), Fe3O4@calix-Tb(ACAC), Fe3O4@SiO2-TTA-Eu(L) e Fe3O4@SiO2-TTA-Tb(AB ou AMB) apresentam propriedades fotônicas e superparamagnéticas muito interessantes. As propriedades magnéticas (ZFC/FC e M-H) obtidas nas temperaturas de 2, 5 e 300 K foram investigadas a fim de obter informações sobre o efeito da cristalinidade na magnetização de saturação e das temperaturas de bloqueios. Também foram estudadas a influência dos íons TR3+ sobre a magnetização dos nanomateriais. Apesar da magnetita atuar como um forte supressor de luminescência, as camadas do ligante calixareno modificado e da sílica sobre as nanopartículas de Fe3O4 compensam esta desvantagem. Do mesmo modo foi considerada a discussão sobre a transferência de energia intramolecular do estado tripleto T1 dos ligantes TTA e ACAC para os níveis excitados dos íons Eu3+ e Tb3+ nos nanomateriais Fe3O4@calix-Eu(TTA) e Fe3O4@calix-Tb(ACAC). As eficiências quânticas de emissão (η) dos compostos Fe3O4@calix-Eu(TTA) e Fe3O4@SiO2-TTA-Eu(L) foram calculadas e discutidas, bem como suas características estruturais baseadas nos níveis de energia e parâmetros de intensidades experimentais dos sistemas contendo o íon Eu3+. Estes novos nanomateriais podem atuar como camadas emissores vermelha e verde para dispositivos moleculares conversores de luz e magnéticos (MLCMDs). / The design and fabrication of sophisticated bifunctional luminescent and magnetic nanomaterials based on Fe3O4 and RE3+ complexes are sought for. Accordingly, novel red-green emitting superparamagnetic Fe3O4@calix-Eu(TTA) and Fe3O4@calix-Tb(ACAC) nanomaterials were prepared through on-pot method. In this regard, the chemically modified calixarene ligand was used as a surfactant to stabilize the Fe3O4 nanoparticles. The calixarene ligand provides colloidal stability and chemically modifiable surface to the magnetite nanoparticles. Thus, this ligand functionalized Fe3O4@calix nanoparticles were further coordinated to the RE3+ ions via one-pot synthesis, using TTA and ACAC ligands as sensitizers (antenna effect) to produce highly luminescent nanophosphors. In addition, bifunctional optical and magnetic Fe3O4@SiO2-TTA-Eu(L), L: TTA, TC, AB and AMB as well as Fe3O4@SiO2-TTA-Tb(AB or AMB) nanocomposites were also synthesized through multistep synthetic protocol, utilizing Fe3O4 nanoparticles as precursors. They were modified with silica shell, using modified Stöber method and further grafted with RE3+ complexes to produce the luminescent and magnetic nanocomposites. The X-ray powder diffraction (XPD), small angle x-ray scattering (SAXS), transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM) techniques were used to determine the structures, morphologies, size distribution and monodispersity of the synthesized materials. These novel Fe3O4@calix-Eu(TTA) and Fe3O4@calix-Tb(ACAC) as well as Fe3O4@SiO2-TTA-Eu(L) and Fe3O4@SiO2-TTA-Tb(AB or AMB) magnetic luminescent nanomaterials show interesting superparamagnetic and photonic properties. The magnetic properties (M-H and ZFC/FC measurements) at temperatures of 2, 5 and 300 K were explored in order to investigate the extent of coating and crystalinity effect on the saturation magnetization and blocking temperatures. The influence of the RE3+ ions on the magnetization of the optical and magnetic nanomaterials was also studied. Even though magnetite is a strong luminescence quencher, the coating of the Fe3O4 nanoparticles with synthetically modified calixarene ligand (calix) and silica shell have overcome this difficulty. Moreover, the intramolecular energy transfer from the T1 excited triplet states of TTA and ACAC ligands to the emitting levels of Eu3+ and Tb3+ in the Fe3O4@calix-Eu(TTA) and Fe3O4@calix-Tb(ACAC) nanomaterials are discussed. The emission quantum efficiencies (η) for the Fe3O4@calix-Eu(TTA) and Fe3O4@SiO2-TTA-Eu(L) nanomaterials are also calculated and discussed, as well as the structural features based on the energy levels and experimental intensity parameters, in the case of the Eu3+ ion. These novel nanomaterials may act as the emitting layer for the red and green light for magnetic and light converting molecular devices (MLCMDs).

Com o objetivo de encontrar novas matrizes dopadas com terras raras para aplicação em dispositivos como amplificadores ópticos, o estudo da otimização da emissão dos íons de érbio (Er3+) no sistema Y2O3 Al2O3 SiO2 foi realizado. Pós, cuja composição é dada por (100-x) Y3Al5O12 (x) SiO2 (x varia de 0 a 70, considerando porcentagem em mol) e com concentração fixa de Er2O3 igual a 1% em mol, foram sintetizados via método Pechini modificado e tratados termicamente a 900 e 1000 °C. Espectros de fotoluminescência (FL) na região do infravermelho próximo (transição 4I13/2 4I15/2 dos íons de Er3+) e espectros de up-conversion na região visível (2H11/2 + 4S3/2 + 4F9/2 4I15/2) foram medidos considerando excitação em 980 nm. Técnicas de caracterização como TG, DSC, DRX e FT-IR foram utilizadas para avaliar a cristalização e evolução das fases cristalinas em função da concentração de sílica (x) e da temperatura de tratamento térmico. As análises foram baseadas na comparação entre os dois diferentes solventes usados na preparação das resinas poliméricas: água e etanol. As condições ótimas encontradas para etanol são diferentes das condições encontradas quando água é usada como solvente, confirmando que as propriedades de FL na região do infravermelho próximo são bastante sensíveis às mudanças na estequiometria da matriz e às condições de processamento. A maior intensidade da emissão em 1540 nm foi observada em pós com x = 30 para etanol e x = 70 para água, tratados a 900 e 1000 °C, respectivamente. Este resultado pode estar atribuído à combinação de baixa simetria e boa dispersão dos íons de Er3+ nestas matrizes. Os filmes foram preparados por evaporação por canhão de elétrons (PVD) a partir das pastilhas dos pós estudados. O estudo desses sistemas ainda é pouco reportado na literatura. A caracterização estrutural, morfológica e composicional dos filmes foi considerada com o intuito de avaliar a aplicação destes filmes como guias de ondas amplificadores. Além do elevado índice de refração, estes materiais também podem ser usados em estudos envolvendo efeitos fotoinduzidos. / In order to find a new Er-doped host for near infrared (NIR) optical amplifiers, a study on the optimization of the erbium emission ions in the Y2O3 Al2O3 SiO2 system was performed. (100-x) Y3Al5O12 (x) SiO2 powders (x varies from 0 to 70, in mol%) with a fixed Er2O3 concentration of 1.0 mol% were synthesized by a modified Pechini method and heat-treated at 900 and 1000 °C. The photoluminescence (PL) spectra at 1540 nm of the 4I13/2 4I15/2 transition of Er3+ ions and the up-conversion spectra at visible region (2H11/2 + 4S3/2 + 4F9/2 4I15/2) upon 980 nm excitation were evaluated. Different techniques, such as thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC), X-ray powder diffractometry (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) were considered to evaluate crystallization and phase-evolution of the powders as a function of the silica content (x) and annealing temperature. The analyses were based on the comparison between two different solvents used in the preparation of the polymeric resins: ethanol and water. The optimal conditions for ethanol are quite different than the conditions for water used as solvent, confirming that the PL properties at the NIR region are highly sensitive to the changes in the host stoichiometry and processing conditions. The highest emission intensity at 1540 nm was observed for x= 30 for ethanol and x = 70 for water, treated at 900 and 1000 °C, respectively. This result could be attributed to the combination of low symmetry and good dispersion of the Er3+ ions in these hosts. The films were prepared by electron beam evaporation (PVD) from the pellets of the powders studied. The study of these systems is still little reported in the literature. The structural, morphological and compositional characterization of the films was considered in order to evaluate the application of these films as waveguide amplifiers. In addition to the high refractive index, these materials can also be used in conditions involving photoinduced effects.

Neste trabalho, os complexos tetrakis(ß-dicetonato) de terras-raras, (Q)[TR(&#946;-dicetonato)4 ] {(Q = Li+ , Na+ , K+ , (Et3 NH)+ , (Morf)+ , (TMPip)+ e (Diciclo)+ ); (TR3+ = Eu3+ , Gd3+ , Tb+ e Tm3+ ) e (&#946;-dicetonato = acac, dbm e tta), foram sintetizados, caracterizados e suas propriedades ópticas investigadas por meio de espectroscopia luminescente. Os dados de microanálises de CHN e titulação complexométrica evidenciaram a fórmula geral (Q)[TR(&#946;-dicetonato)4 ]. Os espectros de absorção na região do infravermelho indicaram o caráter anidro da maioria dos complexos, 3+ exceto para (Li)[TR(dbm))4 ].4H2 O, e que a coordenação dos &#946;-dicetonatos aos íons TR3+ ocorre através dos átomos de oxigênio dos grupos carbonila. Os difratogramas de raios-X (método do pó) evidenciam que os complexos com ligante acac e cátions derivados de metais alcalinos são mais cristalinos em relação aos compostos contendo bases nitrogenadas. O estudo fotoluminescente dos complexos (Q)[TR(&#946;-dicetonato)4] foi realizado a partir dos espectros de excitação e emissão registrados a 298 e 77K, e pela curva de decaimento luminescente. Os espectros de emissão dos compostos de Eu3+ , Tb3+ e Tm3+ apresentaram bandas finas características das transições intraconfiguracionais exibindo cores de emissão vermelha oriundas do íon Eu3+ (5 D0 7Fj J = 0-6), verde do íon Tb3+ (5D5 ? Fj, J = 6-0) e azul para do íon Tm3+ (1G4&#8594; 3H6 , e a 1G4&#8594;3 F4 ). Os desdobramentos e a intensidade das transições 5D0&#8594; 7Fj dos complexos de európio sugerem que este íon encontra-se em um ambiente químico D2d distorcido para C4v ou S4 . Com base nos dados espectrais foram determinados os parâmetros de intensidade experimentais (&#937;2, &#937;4 e &#937;6), os coeficientes de emissão radiativa (A<SUBrad) e não radiativa (A<SUBnrad) e a eficiência quântica de emissão experimental do nível 5D0 do íon Eu3+ (&#951;). Para os sistemas tetrakis contendo o ligante tta, o complexo com o contra-cátion (TMPip)+ apresentou o maior valor de &#9372 (42,1x10-20 cm-1) evidenciando um ambiente químico mais polarizável com o maior caráter covalente da ligação Eu3+ (&#946;-dicetonato). Os valores de eficiência quântica (&#951; ) do 5D0 , dos complexos tetrakis(&#946;-dicetonato) de Eu3+ , são altos quando comparados 0 com os compostos tris. Os complexos (Morf)[Eu(tta)4 ] e (TMPip)[Eu(tta)4 ] apresentaram os maiores valores de eficiência quântica &#951; = 88 e 92%, respectivamente. Portanto, estes complexos comportam-se como promissores dispositivos moleculares conversores de luz (DMCLs). A atribuição dos estados T dos ligantes acac, dbm e tta foram feitas a partir dos espectros de emissão dos complexos de gadolínio, (Q)[Gd(&#946;-dicetonato acac)4 ], registrados no estado estacionário e resolvido no tempo, a 77K. Os espectros de emissão dos complexos tetrakis, (Q)[Tm(acac)4] onde Q = Li+, Na+ e K apresentaram a transição 1G4&#8594; 3H6 bastante intensa, indicando a alta luminescência azul. Os espectros de emissão dos complexos tetrakis, (Q)[Tb(acac)4 ], Q = Li+ , Na+ e K+ mostram bandas de emissão finas características das transições 5D4&#8594;7Fj (J = 6-0) e não exibem as emissões originárias do ligante acac, indicando uma transferência de energia intramolecular 3+ eficiente do ligante acetilacetonato ao íon Tb3+ . Os dispositivos OLEDs, bicamada e tricamada, contendo os complexos tetrakis Li[Eu(dbm)4] e Li[Tb(acac)4], como camada emissora e transportadora de elétrons exibiram alta intensidade eletroluminescente vermelha e verde, oriundas das transições 5D0&#8594;7F0-4 e 5D4&#8594;7F6-0 dos íons Eu3+ e TbSUP>3+ , respectivamente. Os espectros triboluminescentes (TL) do complexo (TMPip)[Eu(tta)4 ] apresentam as transições intraconfiguracionais 5D0&#8594;7Fj (J = 0 a 4), com a transição hipersensível 5D0&#8594;7F2 proeminente na região de 612 nm. / This work reports the synthesis, characterization, spectroscopic properties of tetrakis(&#946;-diketonate) complexes of rare earths, (Q)[RE(&#946;-diketonate)4] {(Q+ = Li+, Na+, K+, (Et3NH)+, (Morf)+, (TMPip)+ and (Diciclo)+); (RE3+ = Eu3+, Gd3+, Tb+ and Tm3+) and (&$946;-diketonate = acac, dbm and tta)}. The elemental analysis of CHN and complexometric titration suggest the general formula (Q)[RE(&#946;-diketonate)4]. The infrared spectra indicated the anhydrous character of the complexes, except for (Li)[RE(dbm)4].4H2O, and the coordination between &$946;-diketonate ligands and RE3+ ions occurs through the oxygen atoms of carbonyl groups. The X-ray diffractograms (powder method) confirmed that the complexes with acac ligand and derived alkaline metals cations are more crystalline when compared with the complexes containing nitrogenated bases. The photoluminescence study of the (Q)[RE(&#946;-diketonate)4] complexes was performed through the excitation and emission spectra at 298 and 77K, and luminescence decay curves. The emission spectra of the Eu3+, Tb3+ and Tm3+ complexes displayed characteristic narrow bands arising from intraconfigurational transitions of trivalent rare earths ions and exhibited red color emission for the Eu3+ ion (5D0&#8594;7FJ, J = 0-6), green for the Tb3+ ion ( 5D4&#8594;7FJ, J = 6-0) and blue for the Tm3+ ion ( 1G4&#8594;3H6, and 1G4&#8594;3F4). The splitting and intensity of the 5D0&#8594;7FJ transitions of the europium complexes suggest the distortion of chemical environment around this Eu3+ ion from D2d to C4v or S4. Based on the spectroscopy data, the experimental intensity parameters (&#9372, &#937;4 e &#937;6), the coefficients of radioactive (Arad) and non-radioactive (Anrad) emissions and the quantum efficiency of experimental emission of the emitting 5D0 level of Eu3+ ion (&#951;) were determined. For tetrakis systems containing tta ligand, the complex with (TMPip)+ countercation presented the highest value of &#937;2 (42.1x10-20 cm-1), suggesting the presence of a highly polarizable chemical environment and consequently, indicating the highest covalent character of the Eu3+ - (&#946;-diketonate) bond. The values of quantum efficiency (&#951;) of the emitting 5D0 state of the tetrakis(&#946;-diketonate) complexes of Eu3+ were higher compared with those tris-complexes. The (Morf)[Eu(tta)4] and (TMPip)[Eu(tta)4] complexes presented highest values of quantum efficiency &#951; = 88 and 92%, respectively. Therefore, these complexes can act as potential candidates for Light Conversion Molecular Devices (LCMDs). The triplet states of the acac, dbm and tta ligands were determined from the emission spectra of gadolinium complexes, (Q)[Gd(&#946;-dicetonato acac)4], recorded by steady-state and time-resolved photoluminescence measurements, at 77K. The emission spectra of the tetrakis complexes, (Q)[Tm(acac)4] where Q+ = Li+, Na+ and K+ presented high intensity 1G4&#8594;3H6 transition, showing a intense blue luminescence. The emission spectra of tetrakis complexes, (Q)[Tb(acac)4], Q+ = Li+, Na+ e K+, exhibit characteristic narrow emission bands of the 5D4&#8594;7FJ (J = 6-0) transitions, however, the absent of the broaden band arising from the acac ligand suggests the efficient intramolecular energy transfer from the acetylacetonate ligand to Tb3+ ion. The double-layer and triple-layer OLEDs devices, containing Li[Eu(dbm)4] and Li[Tb(acac)4] tetrakis complexes as emitting layer and electron transport layer, exhibited high electroluminescent intensity with red and green emissions arising from the 5D0&#8594;7F0-4 and 5D4&#8594;7F6-0 transitions of Eu3+ and Tb3+ ions, respectively. The spectra of triboluminescence (TL) of the (TMPip)[Eu(tta)4] complex present intraconfigurational 5D0&#8594;7FJ transitions (J = 0 a 4), with the hypersensitive 5D0&#8594;7F2 transition prominent in the region around 612 nm.

Nanopartículas luminescentes de silício poroso (NPSi) foram projetadas e preparadas por métodos de corrosão eletroquímica seguidas de ultrasonicação, em substratos de silício tipo-p, dopados com boro e com resistividades que variam de 10-20 e 1-10 ômega cm em soluções eletrolíticas compostas por ácido fluorídrico (HF) em etanol absoluto (C^2H^5OH). As condições de processamento envolvem a variação da densidade de corrente \"J\" tempo de anodização \"t\" e o controle da concentração do HF. Técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de absorção UV-Vis, espectroscopia de fluorescência, difração de raios-X e medidas de potencial zeta e tamanho de partícula foram usados para investigar as propriedades morfológicas e ópticas do material resultante. Nanopartículas com diâmetros de até 150 nm foram obtidas após filtragem através de filtros de membrana. A oxidação química em soluções de peróxido de hidrogénio e ácido sulfúrico permitiu a obtenção de Nanoparticulas com emissão de fluorescência na região verde (532 nm), vermelho (630 e 650 nm) e infravermelho próximo (862 e 980 nm) do espectro eletromagnético. A associação de NPSi com RGDfV foi estudada por espectroscopia de ressonância magnética nuclear de próton (H-RMN). Um aumento na distribuição do tamanho e a intensidade de fluorescência foi observado após a funcionalização com RGDfV. Os efeitos citotóxicos do RGDfV e NPSi foram confirmados por ensaios de viabilidade celular pelo método MTT usando células de melanoma murino B16-F10 como modelo biológico. Estudos iniciais de internalização de PcCIAI por eletroporação foram realizados para futuros estudos de transfecção de moléculas de interferência (siRNA). / Luminescent porous silicon nanoparticles (NPSi) were synthesized by electrochemical etching followed by ultra-sonication of 1-10 and 10-20 ohm.cm resistive p-type silicon wafers in electrolytic solutions composed by hydrofluoric acid (HF) in absolute ethanol (C2H5OH), by changing current density (J), etching time (t) and HF concentration. Scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction, dynamic ligth scattering (DLS), zetasize measurement, UV-Vis absorption spectroscopy and fluorescence spectroscopy were used to investigate the morphological and optical properties of the resulting material. Nanoparticles with diameter up to 150 nm were obtained after filtered through filtration membrane. The chemical oxidation in oxidizing solutions composed by hydrogen peroxide in sulfuric acid allowed the isolation of nanoparticles with fluorescence properties as expected, with emission in green (532 nm), red (630 and 650 nm) and near infrared (862 and 980 nm) region of the electromagnetic spectrum. The association of NPSi with RGDfV was studied by nuclear magnetic resonance spectroscopy (H-NMR). The increase on size distribution and fluorescence intensity was observed after functionalization with RGDfV. The citotoxicity effects of RGDfV and NPSi was confirmed by MTT assays using B16-F10 melanoma murine cells, as a biological model. Initial studies of internalization PcClAl by electroporation were performed for future studies of transfection of interfering molecules (siRNA).

Amostras nanoestrutradas do sistema \'SR\'TI IND.1-x\'NB IND.x\'O IND.3\' na forma de pó contendo até 10 mol % de nióbio foram preparadas através do método dos precursores poliméricos. As propriedades térmicas, estruturais e óticas destas amostras foram caracterizadas através de diferentes técnicas. Os resultados mostram que no limite de concentração de nióbio que foi incorporado a rede da matriz \'SR\'TI\'O IND.3\', ocorreu a formação da solução sólida \'SR\'TI IND.1-x\'NB IND.x\'O IND.3\' e que o aumento da quantidade de nióbio leva a uma maior aglomeração das partículas bem como a um aumento na temperatura de cristalização das amostras. Em bom acordo com dados da literatura, uma intensidade fotoluminescente significativa foi somente observada em amostras amorfas ou parcialmente cristalinas. Amostras na forma de filmes finos foram obtidas através da técnica de evaporação por feixe de elétrons. Os dados de difração de raios-X (DRX) mostram que em certas composições, além da fase \'SR\'TI\'O IND.3\', observou-se a presença da fase \'SR\'CO IND.3\'. Através das técnicas de DRX e Microscopia de força atômica (AFM) foi possível observar que, como no caso das amostras na forma de pó, o aumento da concentração de nióbio inibe o processo de cristalização da amostra. Medidas da resistência elétrica mostraram que todas as amostras, independente da concentração de nióbio, apresentam valores elevador de resistência, da ordem de \'10 POT.15\' \'ômega\' . Este valor, muito acima do esperado e do observado na literatura, inviabilizou a medidas de sensibilidade dos filmes a diferentes tipos de gases. / Nanostructured \'SR\'TI IND.1-x\'NB IND.x\'O IND.3\' samples in a powder form containing up to 10 mol% of niobium have been prepared by the polymeric precursor method. The thermal, structural and optical properties of these samples were characterized by different techniques. The results show that in the limit of concentration of niobium added to the samples, the dopant was incorporated into the \'SR\'TI\'O IND.3\' matrix lattice forming a \'SR\'TI IND.1-x\'NB IND.x\'O IND.3\' solid solution. The increasing on the amount of niobium leads to an increased agglomeration of the particles as well as an increase in the crystallization temperature of the samples. In good agreement with the literature data, a significant photoluminescence intensity was only observed in amorphous or partially crystalline samples. Samples in the form of thin films were obtained using the electron beam evaporation technique. X-ray diffraction (XRD) show that in certain compositions, beyond the \'SR\'TI\'O IND.3\' phase, it was also observed the presence of phase \'SR\'CO IND.3\' phase. Through the XRD and Atomic Force Microscope (AFM) results, it has been observed that, as in the case of the samples in powder form, the concentration of niobium inhibits the crystallization process of the sample. Electrical resistance measurements showed that all samples, independent of the concentration of niobium, present higher values of resistance of the order of \'10 POT.15\' \'ômega\' . This value is much higher than expected and reported in the literature and does not allowed to measure the sensibility of thin films to different species of gases.

Esta tese apresenta um estudo experimental em sistemas eletrônicos multicamadas formados em diversas heteroestruturas semicondutoras de alta qualidade crescidas por epitaxia de feixes moleculares. Especificamente, poços quânticos isolados baseados em InGaAs/InP e super-redes baseadas em GaAs/AlGaAs foram caraterizados por meio de medidas de fotoluminescência (PL) em função da temperatura, potência de excitação e do campo magnético. O estudo de efeitos na dinâmica de processos de recombinação destes sistemas eletrônicos é a base principal deste trabalho. Além disso, exploramos os efeitos da desordem sobre os processos de recombinação e demonstramos que o espalhamento por rugosidade interfacial é responsável pela resposta óptica destes sistemas. Nas amostras de InGaAs/InP com maior largura do espaçador observamos um novo efeito, o tempo de recombinação Auger aumenta notavelmente com a potência de excitação. Atribuímos este novo efeito à distribuição de elétrons fotoexcitados em diferentes vales da banda de condução. E em amostras de menor largura do espaçador, o relaxamento da regra de seleção do momento induzido pela desordem faz que o tempo de recombinação Auger diminua com o aumento da potência. Por outro lado, nas amostras de GaAs/AlGaAs, evidenciamos que a desordem gerada pela rugosidade interfacial afeta consideravelmente o transporte dos elétrons da banda de condução, e em poços quânticos de largura apropriada resulta em uma transição metal-isolante. A borda de mobilidade Ec, energia crítica que separa os estados estendidos dos estados localizados, foi determinada a partir das medidas do tempo de recombinação em função da energia de emissão de PL. Para uma desordem crítica, a Ec mostra uma interseção com a energia do nível de Fermi, a qual corresponde à transição metal-isolante. Além disso, realizamos medidas de PL resolvida no tempo em função do campo magnético. Observamos que a redistribuição espacial de elétrons causada pelo campo magnético afeta os tempos de recombinação. Nas amostras metálicas, os resultados mostraram deslocamento da Ec para altas energias, devido à quantização da energia dos elétrons provocada pelo campo magnético. No entanto, nas amostras isolantes, o campo magnético foi responsável pelo relaxamento significativo da regra de seleção do momento, que aumenta a probabilidade de recombinação dos elétrons localizados com os buracos fotoexcitados da banda de valência e, por consequência, diminui o tempo de recombinação. / This thesis presents an experimental study in multilayer electronic systems formed in several high quality semiconductor heterostructures grown by molecular beam epitaxy. Specifically, GaAs/AlGaAs based superlattices and isolated quantum wells based on InGaAs/InP were characterized by photoluminescence (PL) measurements as a function of temperature, pump power and magnetic field. The study of effects on the dynamics of the recombination processes of these electronic systems is the principal goal of this work. In addition, we explore the effects of the disorder on the recombination processes and show that the interfacial roughness scattering is responsible for the optical response in these systems. In the small spacer InGaAs/InP samples, we observed a new effect, the Auger recombination time becomes larger with the increasing the pump power. We propose that the distribution of photoexcited electrons over different conduction band valleys might account for this effect. In large spacer quantum wells, the non-radiative recombination time is reduced with the increasing pump power, as a consequence the disorder-induced relaxation of the momentum rule. On the other hand, in GaAs/AlGaAs samples, we showed that the disorder generated by interfacial roughness considerably affects transport of the conduction band electrons and at appropriate quantum wells width results in a metal-to-insulator transition. The mobility edge energy Ec was determined from the measurements of the recombination time as a function of energy allowed. At a critical disorder, the mobility edge energy demonstrates intersection with the Fermi level energy which correspond to the metal-insulator transition. In addition, we perform time-resolved PL measurements as a function of the magnetic field. We observed that the spatial distribution of electrons caused by the magnetic field influence on the recombination time. In the metallic samples was observed a shift of the mobility edge to higher energy due to the magnetic field quantization of conduction band electron energy. However, in the insulating samples, the magnetic field was responsible to cause a significant relaxation of the momentum selection rule which enhances the probability of recombination of the localized electrons with the photoexcited holes of the valence band, and consequently the recombination time is reduced.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Monocristais de LaAlO3 crescidos pelo método hidrotérmico e dopados com íons trivalentes opticamente ativos foram investigados para propósitos de dosimetria termoluminescente e fotoluminescente, para campos de radiação gama e ultravioleta. Foram crescidos quatro tipos de cristais com dopagens únicas, ou seja La0,99AlO3:Ce0,01, La0,95:AlO3:Ce0,05, La0,99AlO3:Eu0,01 e La0,99AlO3:Bi0,01 e ainda um cristal co-dopado com La0,94AlO3:Ce0,05-Dy0,01. As amostras de La0,99AlO3:Eu0,01 apresentaram uma boa resposta termoluminescente para radiação gama, com resposta linear no intervalo de dose estudado (0,1 a 10 mGy). A sensibilidade TL foi um pouco menor que a do TLD-100, dosímetro termoluminescente comercial mais utilizado no mundo. As curvas de emissão possuem dois picos centrados em 160C e 189 C, respectivamente. Na investigação com campos de radiação ultravioleta, os cristais co-dopados La0,94AlO3:Ce0,05-Dy0,01 apresentaram uma excelente sensibilidade termoluminescente. A relação entre a resposta TL versus irradiância espectral mostrou ser linear no intervalo de 0,042 a 147,60 mJ.cm-2. Dos quatro picos de emissão identificados, o que possui emissão em 151,8C pode ser sensitizado com exposições superiores a 146,8 mJ.cm-2, aumentando a sua intensidade em aproximadamente 19 vezes. No aparato experimental utilizado, uma exposição do LaAlO3 à lâmpada UV de apenas 8 watts, durante cinco segundos, fornece o mesmo sinal TL emitido por um TLD-100 irradiado com 10 mGy de radiação gama. A investigação sobre a fotoluminescência revelou que os cristais de La0,99AlO3:Eu0,01 apresentam picos de emissão em 594,0 e 620,3 nm, quando excitados com um laser de 405 nm. O estudo demonstrou que estes picos são provavelmente devidos à radiofotoluminescência induzida por radiação UV.