Os materiais CaWO4:TR3+, CaMoO4:TR3+, Ca(MO4):TR3+ (TR: Pr3+, Sm3+, Eu3+, Tb3+ e Dy3+) (M: W e Mo) foram preparados pelo método da coprecipitação acoplado ao método ultrassônico a fim de estudar suas aplicações em materiais fotônicos aplicados em LEDs. Após a reação de precipitação, o material foi filtrado sob pressão reduzida, lavado com água destilada, seco e armazenado em dessecador a vácuo. Esses materiais sem tratamento térmico se mostraram como pós brancos, de aspecto uniforme, cristalinos, não higroscópicos e insolúveis em solventes polares e apolares. Após a síntese, os materiais foram submetidos a tratamento térmico em forno resistivo (1000 °C / 3 h) e sob radiação micro-ondas (5 min; ~1100 °C e 22 min; ~1200 °C). Este método oferece muitas vantagens se comparado aos métodos convencionais, tais como: método simples de operação, baixo custo, tempo curto de síntese e procedimento ambientalmente correto. Os materiais tratados sob altas temperaturas foram comparados com aqueles materiais sem tratamento térmico. Os materiais foram caracterizados pelas seguintes técnicas: espectroscopia de absorção no infravermelho (IV), análise termogravimetria (TG), difratometria de raios X - método do pó (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e energia dispersiva de raios X (EDS). Os picos dentro do difratograma de raios X foram indexados na estrutura tetragonal scheelita I41/a. As propriedades fotoluminescentes dos compostos Ca(MO4) (M: W e Mo) dopados com Dy3+ e codopados com Eu3+ foram investigadas com base nas transições intraconfiguracionais 4f dos íons TR3+. Os espectros de excitação apresentaram bandas largas na região do UV, atribuídas às bandas de transferência de carga LMCT O→W; O→Mo e O→Eu3+. Os espectros de excitação dos fósforos dopados com Tb3+ apresentaram as bandas de absorção largas atribuídas à transferência de carga LMCT O→W6+ (5d) e O→Mo6+ (4d) sobrepostas às transições 4f8→4f75d1 do íon Tb3+ e também picos finos oriundos das transições 4f referentes aos íons Pr3+ (4f2), Sm3+ (4f5), Eu3+ (4f6), Tb3+ (4f8) e Dy3+ (4f9). O material CaWO4:Eu3+ submetido a tratamento térmico em forno resistivo (1000 °C / 3 h) apresentou o fenômeno da luminescência persistente de cor vermelha. O material triplamente dopado CaWO4:Eu3+,Tb3+,Dy3+ apresentou cores ajustáveis, indo do branco quente ao branco frio, com grande potencial para aplicação em materiais fotônicos para iluminação no estado sólido. Também, os materiais CaWO4:Eu3+,Tb3+,Dy3+ e Ca(MO4):Dy3+,Eu3+ (M: W e Mo) foram montados a base de um polímero óptico de silicone e utilizando um LED de GaN de alta potência, gerando luz branca fria e quente de altas intensidades. As coordenadas CIE (Commission Internationale l\'Eclairage) sugerem emissões multicolores dos sistemas dopados com diferentes íons TR: Pr3+, Sm3+, Eu3+, Tb3+, Dy3+. Esses materiais se mostraram promissores em aplicação de materiais de iluminação do estado sólido, com a vantagem de serem preparados de forma rápida, em poucas etapas, com alto rendimento e serem ambientalmente amigáveis. / The materials CaWO4:TR3+, CaMoO4:TR3+, Ca(MO4):TR3+ (TR: Pr3+, Sm3+, Eu3+, Tb3+ e Dy3+) (M: W and Mo) were prepared by the coprecipitation and ultrasonic method in order to study their applications in photonic materials applied in LEDs. After the precipitation reaction, the material was filtered under reduced pressure, washed with distilled water, dried and stored in vacuum desiccator. These as prepared materials were shown to be white powders, uniform in appearance, crystalline, non-hygroscopic and insoluble in polar and apolar solvents. After the synthesis the materials were submitted to thermal treatment in resistive furnace (1000 °C / 3 h) and also under microwave radiation (5 min; 1100 °C e 22 min; 1200 °C). This method offers many advantages compared to conventional methods, such as: simple operation method, low cost, brief synthesis time and environmentally correct procedure. The materials treated under high temperatures were compared with those materials without heat treatment. In the characterization of these phosphors, the following techniques were used: infrared (IR) absorption spectroscopy, thermogravimetric (TG) analysis, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The X-ray diffraction peaks were indexed in the scheelite tetragonal structure. The photoluminescent properties of the compounds Ca(MO4) (M: W and Mo) Dy3+ doped and Eu3+ codoped were investigated based on the intraconfiguration transitions 4f of the TR3+ ions. Excitation spectra showed broad bands in the UV region attributed to the LMCT O → W charge transfer bands; O → Mo and O Eu3+. The excitation spectra of the phosphors doped with Tb3+ showed the wide absorption bands attributed to the charge transfer LMCT O2- (2p)W6+ (5d) and O2-(2p)Mo6+ (4d) overlapping the transitions 4f8→4f75d1 of Tb3+ ion and also fine peaks originating from the 4f transitions referring to ions Pr3+ (4f2), Sm3+ (4f5), Eu3+ (4f6), Tb3+ (4f8) and Dy3+ (4f9). The CaWO4:Eu3+ material submitted to thermal treatment in a resistive oven (1000 °C / 3 h) exhibited the phenomenon of persistent red color luminescence. The triply-doped CaWO4:Eu3+,Tb3+,Dy3+ showed color matching, ranging from warm white to cool white, promising to be an excellent material to be applied in photonic materials for solid state lighting. Also, the materials CaWO4:Eu3+,Tb3+,Dy3+ and Ca(MO4):Dy3+,Eu3+ (M: W and Mo) were assembled on the basis of a silicone optical polymer and using a high power GaN LED, generating warm white and cold white light of high intensities. The CIE (Commission Internationale l\'Eclairage) coordinates suggest multicolored emissions of multicolor systems doped with various TR3+ ions: TR3+: Pr3+, Sm3+, Eu3+, Tb3+, Dy3+. These materials have proven to be promising in the application of solid state lighting materials, with the advantage of being quickly prepared, in a few steps, high performance and environmentally friendly.

Este trabalho visa a síntese e estudo das propriedades ópticas de uma série de complexos tetrakis(β-dicetonatos) de terras raras (TR3+) com alta intensidade de luminescência, tanto na forma sólida quando dissolvidos em líquidos iônicos a base de imidazólio. Nesta síntese dos complexos [Cnmim][TR(TTA)4] (TR: Gd3+ e Eu3+) foram utilizados o ligante tenoiltrifluoroacetonato (TTA–) e os contracátions 1-alquil-3-metilimidazólio ([Cnmim]+), variando o comprimento da cadeia alquílica do imidazólio de três a oito átomos de carbono. Também foram sintetizados os líquidos iônicos brometo de 1-alquil-3-metil-imidazólio [Cnmim]Br, com a cadeia alquílica variando de três até oito. Os compostos foram caracterizados pelas técnicas de análise elementar de CHN, espectroscopia vibracional na região do infravermelho, ressonância magnética nuclear de próton, análise térmica, e difração de raios X pelo método de pó. Os complexos preparados tiveram as suas propriedades ópticas estudadas, tanto no estado sólido como em soluções dos líquidos iônicos [Cnmim]Br correspondentes, utilizando espectroscopia fotoluminescente por meio dos espectros de excitação e de emissão, espectro de emissão resolvido no tempo, e curvas de decaimento luminescentes. Os espectros de absorção no infravermelho mostraram que o ligante TTA– atua como um quelato. Por meio dos dados espectrais de fosforescência dos complexos [Cnmim][Gd(TTA)4] foi possível estudar a as posições dos estados excitados singleto (S) e tripleto (T) do ligante TTA–. Observou-se que as bandas alargadas de absorção, oriundas dos estados excitados singleto e tripleto do ligante, são ligeiramente deslocadas para regiões de maior energia com o aumento do tamanho da cadeia alquílica do contracátion imidazólio. Ademais, a posição do estado T1 do ligante TTA encontra-se em energia maior do que o nível emissor 5D0 do Eu3+, sendo assim possível a transferência intramolecular de energia ligante→Eu3+. Os complexos [Cnmim][Eu(TTA)4] apresentaram luminescência intensa na cor vermelha, proveniente do íon európio trivalente, tanto no estado sólido quanto em soluções de líquidos iônicos, proveniente das transições 5D0→7F0-4. Os espectros de excitação dos complexos em cada um dos casos mostraram que a transferência de energia do ligante TTA– para o íon Eu3+ é bastante eficiente. Também, foi observado que os espectros de excitação dos complexos em soluções de líquidos iônicos exibiram o mesmo perfil espectral. Os desdobramentos dos níveis de energia 7F0-4 permitiram inferir que sítio de simetria do Eu3+ se aproxima de C4v no caso dos complexos [C5mim][Eu(TTA)4], [C6mim][Eu(TTA)4], e [C7mim][Eu(TTA)4], ao passo que o sítio de simetria se aproxima de C2v no caso dos complexos [C3mim][Eu(TTA)4], [C4mim][Eu(TTA)4], e [C8mim][Eu(TTA)4]. Observou-se que todos os seis complexos [Cnmim][Eu(TTA)4] em soluções de líquidos iônicos [Cnmim]Br correspondentes apresentam espectros de emissão com o mesmo perfil espectral. Este resultado indicou que todos estes complexos assumem a mesma forma em solução. Os complexos apresentaram altos valores do parâmetro intensidade experimental Ω2 tanto no estado sólido quanto em solução, refletem a alta intensidade da transição 5D0→7F2 quando comparada com a intensidade da transição 5D0→7F1. Os valores dos parâmetros Ω4 dos complexos em solução de líquidos iônicos são semelhantes, evidenciando que existe uma pequena mudança de estrutura do complexo do estado sólido para solução. Os sistemas preparados neste trabalho apresentam alta eficiência quântica, em torno de 75%. Tal resultado mostra o potencial destes sistemas de terras raras para a aplicação em dispositivos moleculares conversores de luz (DMCLs). / The aim of this work was to study the optical properties of a new series of rare earth (RE3+) tetrakis(β-diketonates) complexes with high luminescence intensity, both in solid state and when dissolved in imidazolium-based ionic liquids. The [Cnmim][RE(TTA)4] (RE: Gd3+ e Eu3+) complexes were prepared by using the ligand thenoyltrifluoroacetonate (TTA–) and the countercations 1-alkyl-3-methylimidazolium ([Cnmim]+), varying the length of the alkyl chain at the imidazolium from three to eight carbon atoms. Besides, all the ionic liquids 1-alkyl-3-methyl-imidazolium bromide ([Cnmim]Br) were also synthesized and discussed. The RE3+ coordination compounds were characterized by the techniques of CHN elemental analysis, infrared absorption spectroscopy, proton nuclear magnetic resonance, thermal analysis, and X-ray powder diffraction. The synthetized complexes had their optical properties studied, both in the solid state and in solutions of the corresponding ionic liquids [Cnmim]Br, using photoluminescence spectroscopy of excitation and emission, time resolved emission spectra, and luminescence decay curves. The infrared absorption spectroscopy showed that the TTA– ligand act as a bidentate chelate ligand. Based on the phosphorescence spectral data of the complexes [Cnmim][Gd(TTA)4], it was possible to determine the singlet (S) and triplet (T) excited states positions of the TTA– ligand. The broad absorption bands from the singlet and triplet excited states of the ligand are slightly shifted to higher energy as increases the alkyl chain size of the imidazolium countercation. In addition, the T1 state position of the TTA ligand is at higher energy than the 5D0 emitting level of the Eu3+, thus allowing the intramolecular energy transfer ligand-Eu3+. The [Cnmim][Eu(TTA)4] complexes showed a high intense red-colored luminescence from the trivalent europium ion, both in the solid state and in solutions of ionic liquids, originating from the 5D0→7F0-4 transitions. The excitation spectra of the complexes in each case showed that the transfer of energy from the TTA– ligand to the Eu3+ ion is very efficient. It was observed that the excitation spectra of the complexes in solutions of ionic liquids exhibited the same spectral profile. The 7F0-4 energy level splitting suggests that the Eu3+ ion is situated in a symmetry site close to a C4v for the complexes [Cnmim][Eu(TTA)4] with n = 5, 6 and 7. On the other hand, the complexes with values of n = 3, 4 e 8 the Eu3+ ion is situated in a symmetry site close to C2v. It was also observed that all the six [Cnmim][Eu(TTA)4] complexes in solutions of the corresponding [Cnmim]Br ionic liquids have the same emission spectral profiles, indicating that the Eu3+ ion are in the same chemical environment. The complexes presented high values for the experimental intensity parameter Φ2 in both solid and solution states, showing the high intensity of the 5D0→7F2 transition when compared to the intensity of the 5D0→7F1 transition. The Ω4 values of the complexes in solution of ionic liquids are similar, suggesting that there is a small change of structure of the complex from the solid state to the solution. The Eu3+ coordination compounds have high emission quantum efficiencies (~ 75%). This result shows a great potential of these europium systems for application as light-converting molecular devices (LMDCs).

Gallium nitride (GaN) and its related semiconductor alloys are attracting tremendous interest for their wide range of applications in blue and green LEDs, diode lasers, high-temperature and high-power electronics. Nanomaterials such as InGaN/GaN core-shell three-dimensional nanostructures are seen as a breakthrough technology for future solid-state lighting and nano-electronics devices. In a core-shell LED, the active semiconductor layers grown around a GaN core enable control over a wide range of wavelengths and applications. In this thesis the capability for the heteroepitaxial growth of a proof-of-principle core-shell LED is advanced. A design that can be applied at the wafer scale using metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) crystal growth on highly uniform GaN nanorod (NR) structures is proposed. This project demonstrates understanding over the growth constraints of active layers and dopant layers. The impact of reactor pressure and temperature on the morphology and on the incorporated InN mole fraction was studied for thick InGaN shells on the different GaN crystal facets. Mg doping and effectiveness of the p-n junction for a core-shell structure was studied by extensive growth experiments and characterization. Sapphire and Si substrates were used, and at all the stages of growth and fabrication. The structures were optimized to achieve geometry homogeneity, high-aspect-ratio, incorporation homogeneity for InN and Mg dopant. The three-dimensional nature of NRs and their light emission provided ample challenges which required adaptation of characterization and fabrication techniques for a core-shell device. Finally, an electrically contacted core-shell LED is demonstrated and characterized. Achieving a proof-of-principle core-shell device could be the starting point in the development of nanostructure-based devices and new physics, or in solving technical problems in planar LEDs, such as the polarization of emitted light, the quantum-confined Stark effect, efficiency droop, or the green gap.

O material Y2O3:Eu3+ vem sendo usado comercialmente como luminóforo vermelho desde da década de 1960, em uma grande variedade de aplicações devido ao seu elevado rendimento quântico (próximo de 100 %), elevada pureza de cor e boa estabilidade. Portanto, este trabalho propõe um novo método de síntese baseado nos complexos benzenotricarboxilatos (BTC) de terras raras trivalentes (RE3+) dopados com íons Eu3+. O objetivo principal é produzir materiais luminescente RE2O3:Eu3+ a temperatura mais baixa (500 °C) e em escala nanométrica. Os complexos precursores [RE(BTC):Eu3+] e [RE(TLA)·n(H2O):Eu3+], onde RE3+: Y, Gd e Lu; BTC: ácido trimésico (TMA) e ácido trimelítico (TLA) foram calcinados em diferentes temperaturas de 500 a 1000 °C, a fim de obter os materiais luminescentes RE2O3:Eu3+. Os complexos foram caracterizados por análise elementar de carbono e hidrogênio, analise térmica (TG), espectroscopia de absorção no infravermelho (FTIR), difração de raios-X - método do pó (XPD) e microscopia eletrônica de varredura (SEM). Todos os complexos são cristalinos e termo estáveis até 460 °C. Dados de fosforescência dos complexos de Y, Gd e Lu mostram que o nível T1 do aníon BTC3- tem energia acima do nível emissor 5D0 do íon Eu3+, indicando que os ligantes podem atuar como sensibilizadores de energia intramolecular. O estudo das propriedades fotoluminescentes dos complexos dopados foi baseado nos espectros de excitação e emissão e curvas de decaimento de luminescência. Ademais, foram determinados os parâmetros de intensidades experimentais (&#937;&#955;), tempos de vida (&#964;), taxas de decaimentos radiativo (Arad) e não-radiativo (Anrad). Os materiais luminescentes RE2O3:Eu3+ foram sintetizados de forma bem sucedida por meio do método benzenotricarboxilatos calcinados a 500, 600, 700, 800, 900 e 1000 °C, apresentando alta homogeneidade química e controle de tamanho de cristalito. Os nanomateriais foram caracterizados pelas técnicas de FTIR, XPD SEM e TEM revelando a obtenção dos materiais C-RE2O3:Eu3+ mesmo a 500 °C. Os dados de XPD dos materiais confirmaram um aumento do tamanho dos cristalitos de 5 até 52 nm (equação de Scherrer) de em função da temperatura de calcinação de 500 a 1000 °C, respectivamente, corroborados pelas técnicas de SEM e TEM. Os espectros de emissão de RE2O3:Eu3+ mostram uma banda larga atribuída a transição interconfiguracional de transferência de carga ligante-metal (LMCT) em 260 nm, i.e. O2-(2p)&#8594Eu3+(4f6). Além disso, foram observadas linhas finas de absorção devido as transições intraconfiguracionais 4f do íon európio (7F0,1&#85945LJ; J: 0, 1, 2, 3 e 4), como esperado. As propriedades fotoluminescentes dos luminóforos foram baseadas nos espectros (excitação e emissão) e curvas de decaimento luminescente. Os parâmetros de intensidade experimental, tempos de vida, assim como as taxas de decaimentos radiativos e não radiativos foram calculados. As propriedades fotônicas dos nanomateriais são consistentes com o sítio de baixa simetria C2 ocupado pelo íon Eu3+ no C-RE2O3:Eu3+, produzindo emissão vermelha dominada pela transição hipersensível 5D0&#85947F2 do íon Eu3+ no sitio C2, ao invés do sítio centrossimétrico S6. Além disso, os nanomateriais Y2O3:Eu3+ exibem características espectroscópicas semelhantes e elevados valores de eficiência quântica (&#951;~91 %), compatível com os luminóforos comerciais disponíveis no mercado. Este novo método pode ser utilizado para o desenvolvimento de novos nanomateriais contendo íons terras raras, assim como outros íons metálicos. / Y2O3:Eu3+ has been used as luminophore since the early 1960s, despite the large variety of potential substitute materials tested so far, this luminophore still be used as commercial red-emission luminescent material in large range of applications due excellent quantum efficiency (close to 100 %), high color purity and good stability. Consequently, This work propose a new benzenetricarboxylate (BTC) method, which use Eu3+ ion doped in the trivalent rare earths (RE3+) complexes to produce RE2O3:Eu3+ luminescent materials at lower temperature (500 °C) and nanoscale. The [RE(BTC):Eu3+] and [RE(TLA)·n(H2O):Eu3+] complexes where RE3+: Y, Gd and Lu; BTC: trimesic acid (TMA) and trimellitic acid (TLA) and annealed materials (500, 600, 700, 800, 900 and 1000 °C) can be obtained without the need of intricate experimental setup. The complexes were characterized by carbon and hydrogen elemental analysis, thermal analyses (TG), infrared absorption spectroscopy (FTIR), X-ray powder diffraction (XPD) and scanning electron microscopy (SEM). The complexes are crystalline and thermostable up to 460°C. Phosphorescence data of the complexes with Y, Gd and Lu show that the T1 state of the BTC3- anion has energy higher than the 5D0 emitting level of the Eu3+ ion, indicating that the ligands can act as an intramolecular energy sensitizer. The photoluminescence properties of the doped complexes were studied based on the excitation and emission spectra and luminescence decay curves. The experimental intensity parameters (&#937;&#955;), lifetimes (&#964;), radiative (Arad) and non-radiative (Anrad) decay rates were determined and discussed. In addition, the RE2O3:Eu3+ nanomaterials were successfully synthesized with this unprecedented method using the benzenetricarboxylate precursor complexes annealed at 500, 600, 700, 800, 900 and 1000 °C, with controllable particle size and high chemical homogeneity, crystallite size from 6 to 52 nm (Scherrer\'s equation), confirmed by SEM and TEM images. The nanomaterials characterized by the FTIR, XPD, SEM and TEM techniques revealed that the C-RE2O3:Eu3+ materials were obtained even at 500 °C. The RE2O3:Eu3+ excitation spectra show a broad absorption band assigned to interconfigurational ligand-to-metal charge-transfer (LMCT) band at 260 nm, i.e. O2-(2p)&#8594;Eu3+(4f6). Besides, it is observed the narrow absorption lines arising from the 4f intraconfigurational transitions of the Eu3+ ion (7F0,1&#8594;5LJ; J : 0, 1, 2, 3 and 4), as expected. The characterization of the photoluminescence properties of the luminophores was also based on the analysis of the emission spectra and luminescence decay curves. The experimental intensity parameters (&#937;&#955;), lifetimes (&#964;), as well as radiative (Arad) and non-radiative (Anrad) decay rates were calculated and discussed. The photonic properties of the luminophores are consistent with the low C2 symmetry site occupied by the Eu3+ ion in the cubic C-type RE2O3:Eu3+, yielding the red emission color, which is dominated by the hypersensitive 5D0&#8594;7F2 transition of the Eu3+ ion in the C2 instead of the centrosymmetric S6 sites. Furthermore, the Y2<O3:Eu3+ nanomaterials prepared by this new method exhibit similar emissions spectral features and high values of emission quantum efficiency (&#951;~91 %), compatible with the commercial phosphors currently available in the market. This novel synthetic method can be used to produce large range of rare earth nanophotonic materials, as well as other metal ions.

Foram propostos, no projeto, estudos da interação de compostos modelos de antocianinas (íons hidroxiflavílios e hidroxi/metoxiflavílios sintéticos) com íons metálicos e com copigmentos orgânicos, bem como uma busca de sinergia na complexação ternária destes modelos de antocianinas com íons inorgânicos e copigmentos orgânicos. A partir dos resultados obtidos, pretendeu-se modelar e entender as interações antocianina - íon metálico - copigmento envolvidas na estabilização da cor de antocianinas in natura. Para realizar os estudos, quatro compostos modelos os cloretos dos íons 7,8-diidroxi-4-metilflavílio (DHMF), 8-hidroxi-4-metil-7-metoxiflavílio (HMMF), 3\',4\'-diidroxi-7-metoxiflavílio (B-DHMF) e 7,3\',4\'-trimetoxiflavílio (B-TMF) foram sintetizados. Todas as estruturas apresentam hidroxilas e/ou metoxilas vicinais (estruturas tipo catecol). Além de sua síntese e caracterização, foram estudadas as propriedades fotofísicas e as espécies presentes em solução quantificadas, de acordo com os multiequilíbrios aos quais estes compostos estão submetidos. Nos estudos de complexação por um íon metálico, o Al3+, foram determinadas estequiometrias de 1:1, 2:3 e 1:3 (relação flavílio:Al3+), dependendo da metodologia adotada. As constantes de complexação foram estimadas na ordem de 104 a 105 M-x, onde x depende da estequiometria determinada. A segunda etapa envolveu a interação com copigmentos orgânicos, tais como os ácidos p-cumárico (PCA), ferúlico (FRA), sinápico (SNA), vanílico (VNA) e siríngico (SRA). Utilizando espectroscopia de absorção e de fluorescência, determinaram-se estequiometrias de 1:1 para todos os pares pigmento-copigmento. As constantes dos equilíbrios também foram estimadas sem diferenças significativas entre os pares, embora a afinidade do flavílio pelos derivados de acido cinâmico seja ligeiramente maior. Com relação à base quinonoidal, em pHs em torno de 5,0, foram observadas interações menores, tendo sido concluído que os ácidos fenólicos estabilizam melhor a forma catiônica. A estabilidade do cátion flavílio frente à hidratação na presença destes copigmentos foi avaliada e, em comparação com a estabilidade promovida pelos íons Al3+ ou pela cucurbit[7]urila, é pouco significativa. Finalmente, a terceira etapa envolveu o estudo dos complexos ternários. Observaram-se diferenças na estabilização do cátion flavílio dependendo das concentrações dos dois tipos de copigmento - concentrações maiores de Al3+ foram requeridas para estabilizar o B-DHMF em comparação ao sistema supramolecular formado com DHMF. A partir destes estudos, foi concluído que a presença do copigmento orgânico, embora em pequena extensão, também é responsável pela manutenção da cor, quando envolvido no complexo ternário, evidenciando comportamento sinérgico. Como parte integrante do projeto, um trabalho em colaboração com o grupo da Profa Cornelia Bohne, na University of Victoria (UVic), no Canadá, foi desenvolvido, envolvendo a determinação das constantes de equilíbrio e de velocidade de uma reação do tipo hóspede-hospedeiro, entre um íon flavílio (B-TMF) e um composto orgânico cíclico (hospedeiro), a curcubit[7]urila - CB[7]. A estequiometria da reação foi determinada como 1:2 (B-TMF:CB[7]) sendo que concentrações de CB[7] suficientes para formar o complexo 1:2 promovem uma estabilização da forma catiônica do flavílio nunca vista antes, em pHs em que a reação de hidratação ocorre. / The proposal of this project was to study the reactions of model compounds of anthocyanins (synthetic hydroxyl- and hydroxyl/methoxyflavylium ions), with metal ions, as well as organic copigments or both, in a ternary complex. With results obtained from these systems, it was intended to propose mechanisms and understand how this structure - flavylium ion-metal ion-organic copigment - enables maintenance of the color of anthocyanins in natura. This study would provide information to investigate and search for evidence of synergic effect in the stabilization of these model compounds. Four model compounds were synthesized for the study - chloride salts of 7,8-dihydroxy-4-methylflavylium (DHMF), 8-hydroxy-4-methyl-7-methoxyflavylium (HMMF), 3\',4\'-dihydroxy-7-methoxyflavylium (B-DHMF) and 7,3\',4\'-trimethoxyflavylium (B-TMF). Each one of those compounds presents a catechol-like structure, with bounded hydroxyl and/or methoxy in vicinal positions. The main aims were to synthesize, characterize and study photophysical properties, with a view to determine the concentration of multiequilibria species according to the pH of the medium. The first step was an investigation of metallic complexes produced with Al3+ ions. The stoichiometries were determined as 1:1, 2:3 and 1:3 (flavylium:Al3+), depending on the methodology adopted. Complexation constants were estimated between 104 and 105 M-x, where x represents stoichiometry. A second step was the study of interaction of flavylium ions and organic copigments, such as the following phenolic acids: para-coumaric acid (PCA), ferulic acid (FRA), sinapic acid (SNA), vanilic acid (VNA) and siryngic acid (SRA). Using absorption and fluorescence spectroscopy, a stoichiometry of 1:1 for each of the pigment:copigment pairs was found. Equilibrium constants were determined, and there was no significant differences considering the structures of flavylium ions, although for cinnamic acid derivatives the constants found are slightly larger. The same reactions studied in pH of about 5.0, showed that affinities between the cationic forms and the phenolic acids are larger in comparison to the bases. The stability of the cation regarding the hydration reaction is much smaller in the presence of these organic acids than in the presence of Al3+ or cucurbit[7]uril. At last, the third step involved both types of copigment - metal ions and organic acids - in a supramolecular assembly with flavylium ions. It was observed that different concentrations of the two types of copigments studied are required for B-DHMF and DHMF to stabilize the cationic form; much larger concentrations of Al3+ in the complex in which B-DHMF are involved. It was also concluded that the presence of organic copigments, less representatively, are necessary for the maintenance of the color, an evidence of synergic behaviour. An additional study, which was not in the scope of the project, but did provide another source of flavylium stabilization, was the reaction inclusion of B-TMF with CB[7] cucurbit[7]uril. This step was developed in collaboration with Prof. Cornelia Bohne, at the University of Victoria (UVic), Canada. It consisted of the determination of the equilibrium and kinetic constants of this host-guest system, in which the flavylium cation interacts as the guest for the macrocyclic host. It was proposed a sequential 1:2 (B-TMF:CB[7]) mechanism that provides an alternative to avoid the hydration reaction of B-TMF, where CB[7] must be present in concentrations large enough to form the 1:2 complex.

Vidros dopados com íons terras-raras trivalentes TR3+, são materiais importantes devido a suas potenciais aplicações tecnológicas como em dispositivos luminescentes e lasers de estado sólido. Os TR3+ possuem níveis de energia eletrônicos que permitem obter emissões desde o ultravioleta até o infravermelho próximo. A classe de vidros tungstênio fosfatos tem sido amplamente estudada devido as suas propriedades incomuns aos vidros fosfato clássicos como, por exemplo, alta estabilidade térmica contra devitrificarão, absorção óptica não linear e efeitos fotocrômicos mediante irradiação. Neste trabalho, foram estudados vidros tungstênio fosfato dopados com os íons Nd3+, Tb3+ e co-dopados com os íons Er3+ e Yb3+, no sistema composicional 90NaPO3-10WO3 + x%Nd2O3 (x = 0,25; 0,5; 1; 3 e 5% em peso em excesso) 90NaPO3 &#8211; 10WO3 + y%TbF3 (y = 0,1; 0,5; 1; 3 e 5 em peso em excesso) (90-z-k)NaPO3 &#8211; 10WO3 + z%Er2O3 + k%Yb2O3 (z = 0,25; 0,5; e 1 mol%; k = 0 e 2 mol%). As amostras foram obtidas pelo método convencional de fusão e resfriamento e foram caracterizadas por absorção UV-VIS-NIR, fotoluminescência (emissão e excitação), e tempos de vida de estado excitado. Para as amostras dopadas com Nd3+ foram observadas emissões intensas em 1060 nm, os tempos de vida do nível emissor 4F3/2 foram medidos e a eficiência quântica do sistema foi estimada. As amostras dopadas com Tb3+ apresentaram o pico de emissão de maior intensidade em 542 nm, porém para os vidros com baixa concentração de íon dopante, duas transições com intensidades relativas da mesma ordem da transição do verde, correspondentes a emissões em 415 nm e 435 nm, foram observadas e o tempo de vida para estado emissor 5D4 também foi medido. Os vidros co-dopados com Er3+/Yb3+ apresentaram emissões intensas em 522 nm, 545 nm e 658 nm em um processo de conversão ascendente de energia (upconversion) que envolve dois fótons. Os tempos de vida do estado emissor 4I13/2 do Er3+ dessa amostra também foram mensurados. / Glasses and glass-ceramics doped with trivalent earth-rare ions TR3+, are important materials due to their potential technological applications, such as in luminescent devices and solid-state lasers. These ions have electronic energy levels that allow emissions from ultraviolet to infrared. The tungsten phosphate glass class has been extensively studied due to its unusual properties when compared to the classical phosphate glasses, such as high thermal stability against devitrification, nonlinear optical absorption, photochromic effects under visible irradiation, and efficient emission properties of earth-rare ions. In this work, tungsten phosphate glasses doped with Nd3+ and Tb3+ ions. and co-doped with Er3+ and Yb3+ ions, were studied in the compositional system 90NaPO3-10WO3 + x%Nd2O3 (x = 0.25; 0.5; 1; 3 e 5% by weight in excess) 90NaPO3 &#8211; 10WO3 + y%TbF3 (y = 0.1; 0.5; 1; 3 e 5 by weight in excess) (90-z-k)NaPO3 &#8211; 10WO3 + z%Er2O3 + k%Yb2O3 (z = 0.25; 0.5; e 1 mol%; k = 0 e 2 mol%). The samples were obtained by the conventional melt quenching technique and were characterized by UV-VIS-NIR absorption, photoluminescence (emission and excitation), and excited state lifetime values. For samples doped with Nd3+ intense emissions were observed at 1060 nm, the lifetimes of the 4F3/2 emitting level were measured and the quantum efficiency of the system was estimated. The Tb3+ doped samples presented the highest intensity emission peak at 542 nm, but for the glasses with low dopant ion concentration, two transitions with relative intensities of the same order of the green transition, corresponding to emissions at 415 nm and 435 nm were detected. The lifetime value of the 5D4 emitting state was also measured. The Er3+/Yb3+ co-doped glasses exhibited intense emission at 522 nm, 545 nm and 658 nm in an upconversion process involving two photons, the lifetime of the emitting state 4I13/2 of Er3+ were also measured for these samples.

Estruturas semicondutoras com dopagem planar são sistemas de considerável interesse tanto para a a pesquisa básica como para a aplicação em dispositivos. Neste trabalho caracterizamos estruturas semicondutoras com dopagem planar tipo n ou p, utilizando técnicas de espectroscopia ótica tais como fotoluminescencência (PL) e fotoluminescência-excitação (PLE). As amostras foram crescidas com a técnica de Epitaxia por Feixe Molecular (BEM, Molecular Beam Epitaxy) no Laboratório de Novos Materiais Semicondutores (LNMS) do IFUSP, com exceção das amostras com dopagem planar tipo p que foram crescidas nos laboratórios do Departamento de Física da Universidade Federal de Minas Gerais. Investigamos as propriedades eletrônicas de super-redes de GaAs com dopagem planar de silício, em função da concentração dos átomos dopantes, mantendo-se fixa a distância entre os planos de dopagem. Através da comparação de nossos resultados experimentais com os de cálculos autoconsistentes da estrutura eletrônica das super-redes, identificamos a origem de todas as emissões observadas nos espectros de PL. As emissões principais (denominada bandas B) foram identificadas como oriundas do processo de recombinação radiativa dos portadores do gás bidimensional de elétrons (2DEG) com buracos fotogerados na banda de valência. Outras emissões (denominadas bandas A) foram associadas com o processo de recombinação dos elétrons do 2DEG com impurezas de Carbono. Analisamos também amostras de poços quânticos de InGaAs/GaAs com dopagem planar de Silício. Nestes sistemas, devido à presença de impurezas (que atuam como centros de espalhamento) e variações na composição da liga de InGaAs (que dão origem à localização de buracos), transições com e /ou sem conservação de quase-momento envolvendo estados de buraco estendidos e/ou localizados constituem os possíveis processos de recombinação radiativa entre os elétrons do 2DEG e os buracos fotogerados. Neste trabalho, investigamos os processos de recombinação dos elétrons do 2DEG com os buracos gerados por excitação ótica comparando a forma de linha dos espectros experimentais e teóricos de PL. Estruturas semicondutoras de GaAs contendos um único plano de átomos de Berílio (dopagem tipo p ) também foram analisadas neste trabalho. Os resultados de nossas investigações evidenciam a existência de um potencial fotoinduzido, que confina os elétrons fotogerados. O processo de formação deste potencial é discutido neste trabalho. / Delta-doped semiconductor structures are systems of considerable interest for basic research and device applications. In this work, we performed the characterization of n or p-type semiconductor structures, using spectroscopic tecniques as photoluminescence (PL), photoluminescence-excitation (PLE) and selective photoluminescence (SPL). The samples were grown by Molecular Beam Epitaxy (BEM) at LNMS (Laboratório de Novos Materias Semicondutores) of IFUSP anda t Physical Department of UFMG. The electronic structure of Silicon delta-doped GaAs super-lattices with different donor concentrations in the delta-doped layer and a fixed distance between adjacent Si-doped layers was investigated. Though the comparison o four experimental results with the superlattices electronic structure calculated self-consistently we identified the origino f all observed in PL spectra structures. The principal emissions (denominated as bands B) are due to recombination of two-dimensional electron gás (due to delta doping) with photocreated holes in Valence band. Other spectral features (denominated as bands A) were associated with recombination of two dimensional electron gás and Carbon impurity. We analyzed PL spectra of InGaAs/GaAs quantum well samples with Silicon delta doping. In this systems recombination of electrons from two-dimensional gas with photocreated holes through the transitions with or without quase-momentum conservation were observed in PL spectra. Comparing experimental and theoretical lineshape, we are able to determine optical transitions in which holes in localize dor extended states took part. Localization of holes in Valence band is due to fluctuations in dopant distribution in the delta-doped layer. Moreover, GaAs with Beryllium delta doping (p-type) were analyzed in this work . Results o four investigation shown the existence of a photoinduced potential, which confine photocreated electrons in strutures of this type. Formation processo f this potential is discussed in this work.

Here, the design, synthesis and characterisation and the optoelectronic properties of Ir(III) complexes for application in nonlinear optical and electroluminescent devices are described. The type of complexes varies from those of the form [Ir(C^N)2(N^N)]+ with conjugated and nonconjugated ligands (where C^N = cyclometalating ligand and N^N = neutral ligand) to those of the form [Ir(C^N^C)(N^N)Cl] (where C^N^C = tridentate tripod ligand). Chapter 1 gives an introduction into photophysics occurring in transition metal complexes and possible applications in visual displays. The background of nonlinear optical (NLO) properties and the use of transition metal complexes as NLO chromophores is described. In Chapter 2, the impact of the use of sterically congested cyclometalating ligands on the photoluminescence properties of cationic iridium(III) complexes and their performance in light-emitting electrochemical cells is investigated. Chapter 3 explores the use of electron donors on the cyclometalating ligand towards modulating the NLO properties of the complexes. Combining strongly electron-donating substituents on the C^N ligand and electron-accepting substituents on the N^N ligand results in strong NLO activity. Chapter 4 summarises a new series of cationic iridium(III) complexes bearing benzylpyridinato as cyclometalating ligands. The methylene spacer in the C^N ligands provides flexibility, resulting in two conformers. NMR studies combined with density functional theory (DFT) studies show how the fluxional behaviour is influenced by the choice of the ancillary ligand. In Chapter 5, Ir(III) complexes bearing an unusual nonconjugated bis(six-membered) tridentate tripod ligand of the form [Ir(C^N^C)(N^N)Cl] are introduced. Depending on the substitutions of the C^N^C ligand phosphorescence ranging from yellow to red was obtained. Substitution of the N^N results in a panchromatic NIR dye, suitable for DSSC applications. In Chapter 6, the concept of a nonconjugated ligand was expanded to the N^N ligand. Blue-green and sky-blue emission was obtained, demonstrating a strategy to successfully tune the emission to the blue.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Amostras foram preparadas pelo método de difusão a partir dos reagentes químicos SrCO3, Al2O3 e NiO em proporções estequiométricas. Medidas por difração de raios X mostraram que as amostras possuem uma única fase: SrAl2O4. Neste trabalho apresentamos imagens de microscopia eletrônica de varredura das amostras SrAl2O4 dopadas com 0,1%, 0,5%, 1,0%, 2,0%, 5,0% e 10,0% de íons de Ni2+, medidas de fotoluminescência, excitação da fotoluminescência da amostra SrAl2O4 dopada com 1,0% de íons de Ni2+, medidas de absorção fotoacústica das amostras SrAl2O4 dopadas com 1,0%, 2,0%, 5,0% e 10,0% de íons de Ni2+. Estas medidas foram realizadas a temperatura ambiente para investigar as transições eletrônicas dos íons divalente de níquel que entraram substitucionalmente nos sítios de Sr2+ da rede do SrAl2O4. Os resultados ópticos mostram a existência de três centros emissores de Ni2+. De acordo com a literatura, a estrutura do SrAl2O4 é composta de dois sítios octaédrico distintos de íons de Sr2+, o Sr12+ e o Sr22+, cujas distâncias médias Sr1 O e Sr2 O são, respectivamente, 2,800 &#506; e 2,744 &#506;. Visto que os íons de Ni2+ tendem a substituir os íons de Sr2+, devido ao fato de possuírem a mesma valência, é necessário considerar que uma parte dos íons de Ni2+ ocuparam os sítios dos íons de Al3+ na rede do SrAl2O4 para justificar a existência de um terceiro centro emissor de Ni2+ nesse composto. Uma novo sítio octaédrico para os íons de Ni2+ foi estimado a partir do valor da aresta do sítio tetraédrico ocupado pelos íons de Al3+ na rede do SrAl2O4 (considerando o raio iônico do Ni2+ como aproximadamente 40% maior do que o raio iônico do Al3+). As transições eletrônicas presentes nos espectros de excitação e absorção fotoacústica permitiram determinar os parâmetros de campo cristalino (Dq) e Racah (B e C) para os três sítios diferentes ocupados pelos íons de Ni2+ no SrAl2O4. Neste caso, os resultados mostraram que o sítio II dos íons de Ni2+ é associado à posição do Sr1 e possuem um parâmetro Dq menor e que o parâmetro Dq associado aos íons de Ni2+ que substituíram os íons de Sr no sitio I, o qual, por sua vez é associado à posição do Sr2. E, por fim, o sítio III que possui o menor parâmetro de campo cristalino Dq, portanto a maior distância íon ligante, é identificado como aquele relacionado ao rearranjo octaédrico local das antigas posições de Al3+. O caráter higroscópico do SrAl2O4:Ni2+ é observado a partir dos espectros de absorção fotoacústica e os modos de vibração de estiramento das ligações Ni OH e O H são identificadas nos espectros. / Samples were prepared by the conventional solid-state reaction using high purity SrCO3, Al2O3 and NiO as starting reagents in stoichiometric amounts. X-ray diffraction measurements showed that only one phase is present in the samples: SrAl2O4. In this work, qualitative analysis is also obtained from scanning eletronic microscopy (SEM) images of SrAl2O4 samples doped with 0.1%, 0.5%, 1.0%, 2.0%, 5.0% and 10.0% of Ni2+ ions. Emission and excitation spectra were obtained for SrAl2O4 samples doped with 1.0% of Ni2+ ions while photoacoustic spectroscopy were performed in the samples doped with 1.0%, 2.0%, 5.0% and 10.0% of divalent nickel ions. These measurements were performed at room temperature and the aim was to investigate the electronic transitions of divalent nickel ions which entered substitutionally in the Sr2+ sites of the SrAl2O4 compound. The optical results showed the existence of three emission centers of Ni2+ ions. According to the literature, the structure of SrAl2O4 is composed of two distinct octahedral sites of Sr2+ ions, namely Sr12+ and Sr22+, whose average distances Sr1 O and Sr2 - O are, respectively, 2,800 &#506; and 2,744 &#506;. Since the Ni2+ ions tend to replace the Sr2+ ions, due to the fact that they have the same valence, it is considered that a part of the Ni2+ ions occupy the sites of Al3+ ions in the SrAl2O4 structure in order to justify the existence of a third emitting center of Ni2+ ions in the compound. A new octahedral site for Ni2+ ions was estimated from the edge of the tetrahedral site occupied by Al3+ ions in the SrAl2O4 compound network (considering the ionic radius of Ni2+as approximately 40% larger than the ionic radius of Al3+). The electronic transitions in the excitation and photoacoustic absorption spectra have allowed to determine the crystal field parameters (Dq) and Racah (B and C) for the three different sites occupied by Ni2+ ions in SrAl2O4. In this case, the results showed that site II occupied by Ni2+ ions is associated with Sr1 position and has a lower Dq parameter than Dq parameter associated with Ni2+ ions which have replaced the strontium ion at the site I, associated with the Sr2 position. Finally, site III has the lowest crystal field parameter Dq, then the largest ion-ligand distance is identified as the site related to the local octahedral rearrangement of the old positions of Al3+ ions. The hygroscopic features of SrAl2O4:Ni2+ are observed from the photoacoustic absorption spectra and the stretching vibrational modes of the Ni - OH and OH bonds are identified in the spectra.

Estruturas semicondutoras com dopagem planar são sistemas de considerável interesse tanto para a a pesquisa básica como para a aplicação em dispositivos. Neste trabalho caracterizamos estruturas semicondutoras com dopagem planar tipo n ou p, utilizando técnicas de espectroscopia ótica tais como fotoluminescencência (PL) e fotoluminescência-excitação (PLE). As amostras foram crescidas com a técnica de Epitaxia por Feixe Molecular (BEM, Molecular Beam Epitaxy) no Laboratório de Novos Materiais Semicondutores (LNMS) do IFUSP, com exceção das amostras com dopagem planar tipo p que foram crescidas nos laboratórios do Departamento de Física da Universidade Federal de Minas Gerais. Investigamos as propriedades eletrônicas de super-redes de GaAs com dopagem planar de silício, em função da concentração dos átomos dopantes, mantendo-se fixa a distância entre os planos de dopagem. Através da comparação de nossos resultados experimentais com os de cálculos autoconsistentes da estrutura eletrônica das super-redes, identificamos a origem de todas as emissões observadas nos espectros de PL. As emissões principais (denominada bandas B) foram identificadas como oriundas do processo de recombinação radiativa dos portadores do gás bidimensional de elétrons (2DEG) com buracos fotogerados na banda de valência. Outras emissões (denominadas bandas A) foram associadas com o processo de recombinação dos elétrons do 2DEG com impurezas de Carbono. Analisamos também amostras de poços quânticos de InGaAs/GaAs com dopagem planar de Silício. Nestes sistemas, devido à presença de impurezas (que atuam como centros de espalhamento) e variações na composição da liga de InGaAs (que dão origem à localização de buracos), transições com e /ou sem conservação de quase-momento envolvendo estados de buraco estendidos e/ou localizados constituem os possíveis processos de recombinação radiativa entre os elétrons do 2DEG e os buracos fotogerados. Neste trabalho, investigamos os processos de recombinação dos elétrons do 2DEG com os buracos gerados por excitação ótica comparando a forma de linha dos espectros experimentais e teóricos de PL. Estruturas semicondutoras de GaAs contendos um único plano de átomos de Berílio (dopagem tipo p ) também foram analisadas neste trabalho. Os resultados de nossas investigações evidenciam a existência de um potencial fotoinduzido, que confina os elétrons fotogerados. O processo de formação deste potencial é discutido neste trabalho. / Delta-doped semiconductor structures are systems of considerable interest for basic research and device applications. In this work, we performed the characterization of n or p-type semiconductor structures, using spectroscopic tecniques as photoluminescence (PL), photoluminescence-excitation (PLE) and selective photoluminescence (SPL). The samples were grown by Molecular Beam Epitaxy (BEM) at LNMS (Laboratório de Novos Materias Semicondutores) of IFUSP anda t Physical Department of UFMG. The electronic structure of Silicon delta-doped GaAs super-lattices with different donor concentrations in the delta-doped layer and a fixed distance between adjacent Si-doped layers was investigated. Though the comparison o four experimental results with the superlattices electronic structure calculated self-consistently we identified the origino f all observed in PL spectra structures. The principal emissions (denominated as bands B) are due to recombination of two-dimensional electron gás (due to delta doping) with photocreated holes in Valence band. Other spectral features (denominated as bands A) were associated with recombination of two dimensional electron gás and Carbon impurity. We analyzed PL spectra of InGaAs/GaAs quantum well samples with Silicon delta doping. In this systems recombination of electrons from two-dimensional gas with photocreated holes through the transitions with or without quase-momentum conservation were observed in PL spectra. Comparing experimental and theoretical lineshape, we are able to determine optical transitions in which holes in localize dor extended states took part. Localization of holes in Valence band is due to fluctuations in dopant distribution in the delta-doped layer. Moreover, GaAs with Beryllium delta doping (p-type) were analyzed in this work . Results o four investigation shown the existence of a photoinduced potential, which confine photocreated electrons in strutures of this type. Formation processo f this potential is discussed in this work.