Orientador: Keizo Yukimitu / Banca: Eudes Borges de Araujo / Banca: Ségio Carlos Zilio / Banca: Mauro Luciano Baesso / Banca: Sidney José Lima Ribeiro / Resumo: Neste trabalho de doutoramento é proposto um novo modelo estrutural que explica satisfatoriamente como a estrutura dos vidros do sistema Li2O-TeO2-WO3 responde a estímulos ópticos e elétricos. Esse modelo afirma que a estrutura vítrea é formada basicamente por uma rede composta por poliedros TeO4 na fase α-TeO2 e por ilhas estruturais, as quais são compostas por poliedros TeO4 nas fases α-TeO2 e γ-TeO2 e por pirâmides trigonais O=TeO2. Contudo, dependendo da composição da amostra a estrutura dessas ilhas também pode conter os poliedros: O=WO2, O=WO5 e/ou 2[O=WO5]. Estas são as responsáveis pelas características excepcionais dos teluritos (por exemplo, altos índices de refração) devido sua alta polarizabilidade contribuir com a hiperpolarizabilidade de toda amostra. Os vidros do sistema 80TeO2-(20-x)Li2O-xWO3 para x = 0, 5, 10, 15 e 20 % mol, foram pesquisados por meio das seguintes técnicas experimentais: espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, espalhamento Raman, espectroscopia de absorção no ultravioleta - visível, difração de raios - X, z-scan, além disso, obteve-se o índice de refração linear na região do visível e na região espectral de teraHertz. A técnica de espectroscopia em teraHertz possibilitou obter os espectros de absorção dessas amostras vítreas os quais mostraram que essa é uma região de alta absorção e como previsto pelo modelo alta magnitude do índice de refração / Abstract: This doctoral study proposes a new structural model of the glass system Li2O-TeO2-WO3 which satisfactorily explains how the structure responds to optical and electrical stimuli. This model says that the glass structure is basically formed by a network of polyhedral TeO4 in α- TeO2 phase and by clusters which are composed of polyhedra TeO4 in both α- TeO2 and γ-TeO2 phases and by the trigonal pyramids O=TeO2. However, depending on the composition of the sample the structure of the cluster may also contain the polyhedra, O=WO2, O = WO5 and / or 2[O=WO5]. The clusters are responsible for the exceptional characteristics of tellurite (eg, high refractive index) due to its high polarizability sustain the hyperpolarizability of the whole sample. The glass system 80TeO2-(20-x) Li2O-xWO3 for x = 0, 5, 10, 15 and 20 mol%, were studied by the following experimental techniques: infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, absorption spectroscopy in the ultraviolet - visible, X-ray diffraction, z-scan, in addition, we obtained the linear refractive index in the visible and in the teraHertz range. The teraHertz spectroscopy technique allowed to obtain the absorption spectra of these samples which showed that this is a region of high absorption and high magnitudes of the refractive index as predicted by the model / Doutor

Orientador: Sidney José Lima Ribeiro. / Banca: Ieda Lucia Viana Rosa / Banca: José Roberto Martinelli / Banca: Miguel Jafelicci Júnior / Banca: Karim Damouche / Resumo: O processo de coacervação, oriundo da interação entre soluções de polifosfato de sódio(sal de Graham) e cloreto de cálcio, foi estudado pela luminescência do íon Eu3+. Entende-se por coacervação uma separação de fases líquido-líquido. Espectros de emissão e excitação e a eficiência quântica de emissão do estado excitado 5D0 do íon Eu3+mostram ser extremamente sensíveis a mudanças estruturais na primeira esfera de coordenação do íon Eu . Os parâmetros luminescentes do íon Eu3+ são intensificados na presença do polifosfato. A interação do Eu3+ com o polifosfato foi explicado levando em conta modelos estruturais usados para estudar vidros a base de fosfato. Os modelos estruturais usados para entender a interação Eu3+-polifosfato também foram utilizados para entender o papel do eletrólito no processo de coaservação. A comparação dos resultados de luminescência com os modelos estruturais dos vidros a base de fosfato, mostram que existe uma concentração crítica responsável pela coacervação. A capacidade da solução aquosa de polifosfato de sódio agir como agente coordenante, estabilizante e dispersante mostrou ser interessante na preparação de coacervatos incorporados com CdS, WO3, rodamina e Er2O3. O efeito de confinamento quântico foi observado nos coacervatos com CdS. Compósitos, inéditos, de polifosfato-siloxanos...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The liquid-liquid phase separation occurring in polyphosphate solutions, so-called coacervation process is studied by luminescence of Eu3+. The coacervation studied here was obtained by controlled addition calcium chloride of sodium polyphosphate (Graham Salt) solution. Spectrocopic parameters like 5D0 quantum yield and emission and excitation spectra have been monitored in different solutions and were shown to be extremely sensitive to structural changes occurring at the Eu3+ first coordination shell. The luminescence parameters are enhanced in the presence of polyphosphate, and the Eu3+-polyphosphate interaction was explained taking into account structural models used in the study of polyphosphate glasses. The dependence of the coacervation on the electrolyte concentration was also explained by structural models. A critical concentration was identified from the spectroscopic study showing the probe characteristics of the Eu3+ ions. The coordinating, stabilizing and dispersing power of polyphosphate in solution showed to be interesting to preparation of coacervates incorporated with CdS, WO3, rhodamine and Er2O3. The quantum size effect was observed to CdS in coacervates. A new polyphosphate-siloxanes composite was obtained from polyphosphate solutions and aminopropyl modified silane. These composites were characterized by P, Si and C NMR, vibrational spectrocopy and Eu3+luminescence. Enhanced luminescence properties were observed compared to polyphosphate precursor solution. Glasses in the pseudo-binary system NaPO3-Nb2O5 were prepared and characterized. Glasses displaying a wide range of Tg(Glass transition temperature) values, from 470 to 700ºC, were obtained. Colors of the final products could be controlled by the melting conditions, wich leads to reduction of Nb5+ to Nb4+. This process was corroborated by absorption and EPR. In order to produce planar waveguides on the glass surface...(Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:05:48Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7694_1.pdf: 7999844 bytes, checksum: d101dce750b1a7082dc68f0987047f1f (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 1997 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Sistemas desordenados vêm sendo objeto de extenso estudo devido ao fato de apresentarem características peculiares não presentes em sistemas ordenados.Entre estas características se encontra a controvenida questão da dependênciado valor de expoentes críticos com parâmetros não pertinentes no conceito tradicional de universalidade aplicada a sistemas uniformes. No presente trabalho, estudamos o comportamento do modelo de Ising generalizado com interaçôes leatórias entre primeiros vizinhos em duas dimensões(rede quadrada), através de simulações de Monte Carlo. Utilizamos uma rede quadrada 60x60 com condições de contorno periódicas e constantes de acoplamemo entre primeiros vizinhos distribuídas aleatoriamentede acordo com as distribuições de probabilidade bimodal e gaussiana. Variamos também os valores assumidos pelos spins: S1= ±1 e S1=0,±1. Este modelo só apresenta umatransição de fase em T=O,logo observamos uma divergência da susceptibilidade magnética em função do campo externo aplicado de acordo com uma lei de potência no limite T-+0 calculada para pequenos valores de campo.Observa-seque o expoentecritico associado 11 dependeda forma da distribuição de probabilidade dos Ji;porém para a mesma distribuição,independedo valor quântico do spin. Realizamos,em seguida,um estudo das propriedades do groundstate de vidros de spin unidimensionais através de resultados numéricos, obtidos utilizando relações de recorrência para a Hamiltonianado modelode Ising com interaçôes aleatórias em uma dimensão,na presença de z vizinhos. Utilizamos cadeias lineares com 10 spins e com constantes de acoplamentos seguindo distribuições de probabilidade uniforme, bimodale gaussiana. Estimamos o expoente critico Δ para diferentes distribuiçõese diferentes números de vizinhos. o que permitiu concluir que este sistema apresenta um comportamento dependente da distribuição de probabilidade, para certas distribuições, dependente do número de vizinhos

Neste trabalho foram estudadas duas composições vítreas, a saber: 30PbF2 - 15InF3 - 20GaF3 - 15ZnF2 - 20CaF2, chamada fluoroindogalato e 41,5Al2O3 - 47,4CaO - 7SiO2 - 4,1MgO, chamada LSCA ( do inglês Low Silica content Calcium Aluminate). A matriz de fluoroindogalato foi dopada com dois conjuntos de íons terras-raras: Tm3+ + Ho3+ e Er3++Yb3+, enquanto que a matriz LSCA foi dopada apenas com os íons Er3+:Yb3+. O objetivo do trabalho foi a caracterização destas matrizes como possíveis meios ativos para laser de estado sólido nas regiões de 2,0 µm (Ho3+) e 2,8µm (Er3+). Neste sentido, foram realizados os experimentos de absorção óptica, fotoluminescência e tempo de vida. A partir dos dados obtidos, foram calculados os parâmetros de intensidade de Judd-Ofelt, os microparâmetros de transferência de energia e o coeficiente de ganho óptico das transições eletrônicas 5I7→ 5I8 (Ho3+) e 4I11/2→ 4I13/2 (Er3+). A contribuição deste trabalho a espectroscopia de terras-raras em vidros está na caracterização destes íons em termos dos parâmetros de transferência de energia via os modelos de Dexter e Yokota e Tanimoto. Haja vista que tais dados não se encontram disponíveis na literatura especializada. Os resultados mostraram que ocorrem processos de transferência de energia de ordem mais alta que dipolo-dipolo nas interações Tm3+→ Tm3+ e Tm3+→ Ho3+. A transição 5I7 → 5I8 do Ho3+ apresenta coeficiente de ganho óptico positivo a partir da densidade de excitação de 1,2 kW/cm2. Os processos de transferência de energia Er3+→ Er3+ e Er3+→ Yb3+ ocorrem via mecanismo de dipolo-dipolo e a transição 4I11/2→ 4I13/2 do Er3+ não é auto-terminada na matriz de fluoroindogalato. O coeficiente de ganho óptico para esta transição é sempre positivo para qualquer densidade de excitação. . A matriz LSCA apresenta auto-terminação da transição 4I11/2→ 4I13/2 do Er3+, sendo portanto, necessária a inserção dos mecanismos de upconversion para a observação de ganho óptico nesta transição eletrônica / In this work two vitreous compositions were studied, that are: fluoroindogalate (30PbF2 - 15InF3 - 20GaF3 - 15ZnF2 - 20CaF22) and LSCA (41,5Al2O3 - 47,4CaO - 7SiO2 - 4,1MgO) - Low Silica Content Calcium Aluminates. The fluoroindogalate host was doped with two sets of rare earth ions: Tm3+ + Ho3+ and Er3++Yb3+, whereas the LSCA host was only doped with Er3+ and Yb3+ ions. The aim of the work was the characterization of these hosts as possible active media for solid state lasers in the spectral regions of 2,0 µm (Ho3+) and 2,8µm (Er3+). In this sense, optical absorption, photoluminescence and lifetime experiments were performed. From the resulting data, Judd-Ofelt intensity parameters, energy transfer microparameters and the electronic transitions 5I7→ 5I8 (Ho3+) and 4I11/2→ 4I13/2 (Er3+) optical gain coefficients were calculated. This work\'s contribution to the rare earth spectroscopy lies in the characterization of such ions in terms of the energy transfer parameters using the Dexter, and Yokota and Tanimoto models considering that these data are not available in the specialized literature. The results have shown that higher than dipole-dipole order processes occur in the interactions Tm3+→ Tm3+ and Tm3+→ Ho3+. The Ho3+ 5I7→ 5I8 transition presents positive optical gain coefficient starting from the excitation density of 1.2 kW/cm2. The energy transfer processes Er3+→ Er3+ and Er3+→ Yb3+ occur via dipole-dipole mechanism and the Er3+ 4I11/2→ 4I13/2 transition is not auto terminated in the fluoroindogalate host. The optical gain coefficient for this transition is always positive for any excitation density. The LSCA host presents auto termination of the Er3+ 4I11/2→ 4I13/2 making it necessary the insertion of upconversion mechanisms for the observation of the optical gain in this electronic transition

Vidros fosfatos são investigados desde a década de 50, sendo obtidos a partir da fusão de compostos inorgânicos em temperaturas relativamente baixas (1000- 1200oC), apresentando baixas temperaturas de transição vítrea. No entanto, estes vidros são sensíveis a ambientes com altas umidades relativas, mostrando certa fragilidade em relação à durabilidade química. Vidros fosfatos de ferro foram obtidos previamente a partir da fusão de precursores inorgânicos apropriados, tanto em fornos de indução, como em fornos elétricos convencionais. A presença de ferro promove o aumento da durabilidade química, suficiente para possibilitar o uso destes materiais como meio imobilizador de rejeitos radioativos ou como fibras de resistência mecânica, adequadas para aplicações específicas. O uso de microondas tem sido investigado exaustivamente, pois possibilita um aquecimento rápido e homogêneo dos materiais. A radiação de microondas interage diretamente com dipolos e íons presentes na estrutura do material promovendo o seu aquecimento. Vidros fosfatos contendo nióbio também já foram produzidos por meio do aquecimento de precursores em fornos de microondas. Outros vidros contendo ferro em sua estrutura foram produzidos por fornos convencionais e tiveram suas estruturas analisadas. Mas mesmo assim, ainda não foi reportada síntese de vidros fosfatos com ferro a partir da fusão de precursores em fornos de microondas. Neste trabalho, misturas de fosfato de amônia dibásico (NH4)2HPO4 e magnetita (Fe3O4) ou (NH4)2HPO4 e ferrita (Fe2O3) foram expostas às microondas, com radiação eletromagnética de 2,45 GHz. Propõe-se que a absorção desta radiação pelo material à temperatura ambiente cause o aquecimento até a completa fusão e homogeneização do material. Os vidros fosfatos de ferro obtidos foram caracterizados por espectroscopia Mössbauer, Difratometria de raios X e Análise térmica diferencial. Uma comparação é realizada com vidros obtidos por meio da fusão em fornos elétricos. / Phosphate glasses have been investigated since the fifties, because they are relatively easy to prepare, have low melting temperatures (1000°C – 1200°C), and low glass transition. However, these glasses were very sensitive to humidity, showing a very low chemical durability. Iron phosphate glasses have been prepared by melting inorganic precursors in conventional electric furnaces and induction furnaces. By adding iron, phosphate glasses became chemical resistant and were thought to be used as nuclear waste forms or mechanical resistance fibers. The use of microwaves has been investigated because it makes possible a fast and homogeneous heating of the materials. Microwave promotes the self-heating of the material by the interaction of the external electromagnetic field with the molecules and ions of the material. Niobium phosphate glasses was also produced already through the heating of precursors in microwave ovens. Other glasses containing iron in theirs structure was produced by conventional furnaces and they had your structures analyzed. But even so, it was not still published synthesis of iron phosphate glasses starting from the melting of precursors materials in microwave ovens. In the present work mixtures of (NH4)2HPO4 and Fe3O4 or (NH4)2HPO4 and Fe2O3 were exposed to microwave energy with electromagnetic waves of 2,45 GHz. It was proposed that the absorption of this radiation for the material causes the heating from room temperature to melting temperature. The obtained iron phosphate glasses was analyzed by X-ray diffraction, Mossbauer spectroscopy, and Differential Thermal Analysis. Iron phosphate glasses were also produced in electrical furnaces for comparison.

O presente trabalho visa o estudo e análise da relaxação de tensão em vidros de fluoroindatos em temperaturas pouco abaixo de Tg, temperatura de transição vítrea. Amostras com composição 40InF3-20SrF2-l6BaF2-20ZnF2-GdF3-2NaF (mol%) foram preparadas em atmosfera controlada e caracterizadas utilizando-se as técnicas de Calorimetria Diferencial, Microscopia Eletrônica de Varredura, Refratometria, Picnometria e Infra- Vermelho. A medida da resposta temporal da relaxação de tensão foi realizada por Microelipsometria utilizando um programa de aquisição de dados desenvolvido no presente trabalho, com visualização gráfica e interação com o usuário em tempo real de ensaio. Uma câmara seca, projetada e construída para colocação de um fomo cilíndrico em atmosfera controlada, foi utilizada conjuntamente com a adaptação de microelipsômetro. Durante o processo de relaxação, pequenos sulcos apareceram na superfície do vidro afetando o seu comportamento após um determinado período. Medidas em atmosfera seca mostraram que a umidade é um importante parâmetro no processo de relaxação / Analysis of stress relaxation in fluoroindate Glasses at temperatures slightly lower than the Tg, glass transition temperature, have been reported. Glass samples with composition 40InF3-20SrF2-l6BaF2-20ZnF2-GdF3-2NaF (mol%) have been prepared under controlled atmosphere and characterized by the following techniques: Differential Scanning Calorimetry, Scanning Electron Microscope, Refractometry, Picnometry and Infra-Red Spectroscopy. The time response measurement of stress relaxation have been determined by the Microellipsometer technique using a data acquisition program developed in this research, with graphic visualization and interaction with the user at the real time of the experiment. A dry box designed and built for the introduction of a cylindrical forge in controlled atmosphere have been used with a microe1ipsometer. During the relaxation process, very small grooves appeared on the glass surface affecting its behaviour after a determined period of time. Measurements in dry atmosphere showed that humidity was an important parameter in the relaxation process

Vidros fosfatos são investigados desde a década de 50, sendo obtidos a partir da fusão de compostos inorgânicos em temperaturas relativamente baixas (1000- 1200oC), apresentando baixas temperaturas de transição vítrea. No entanto, estes vidros são sensíveis a ambientes com altas umidades relativas, mostrando certa fragilidade em relação à durabilidade química. Vidros fosfatos de ferro foram obtidos previamente a partir da fusão de precursores inorgânicos apropriados, tanto em fornos de indução, como em fornos elétricos convencionais. A presença de ferro promove o aumento da durabilidade química, suficiente para possibilitar o uso destes materiais como meio imobilizador de rejeitos radioativos ou como fibras de resistência mecânica, adequadas para aplicações específicas. O uso de microondas tem sido investigado exaustivamente, pois possibilita um aquecimento rápido e homogêneo dos materiais. A radiação de microondas interage diretamente com dipolos e íons presentes na estrutura do material promovendo o seu aquecimento. Vidros fosfatos contendo nióbio também já foram produzidos por meio do aquecimento de precursores em fornos de microondas. Outros vidros contendo ferro em sua estrutura foram produzidos por fornos convencionais e tiveram suas estruturas analisadas. Mas mesmo assim, ainda não foi reportada síntese de vidros fosfatos com ferro a partir da fusão de precursores em fornos de microondas. Neste trabalho, misturas de fosfato de amônia dibásico (NH4)2HPO4 e magnetita (Fe3O4) ou (NH4)2HPO4 e ferrita (Fe2O3) foram expostas às microondas, com radiação eletromagnética de 2,45 GHz. Propõe-se que a absorção desta radiação pelo material à temperatura ambiente cause o aquecimento até a completa fusão e homogeneização do material. Os vidros fosfatos de ferro obtidos foram caracterizados por espectroscopia Mössbauer, Difratometria de raios X e Análise térmica diferencial. Uma comparação é realizada com vidros obtidos por meio da fusão em fornos elétricos. / Phosphate glasses have been investigated since the fifties, because they are relatively easy to prepare, have low melting temperatures (1000°C – 1200°C), and low glass transition. However, these glasses were very sensitive to humidity, showing a very low chemical durability. Iron phosphate glasses have been prepared by melting inorganic precursors in conventional electric furnaces and induction furnaces. By adding iron, phosphate glasses became chemical resistant and were thought to be used as nuclear waste forms or mechanical resistance fibers. The use of microwaves has been investigated because it makes possible a fast and homogeneous heating of the materials. Microwave promotes the self-heating of the material by the interaction of the external electromagnetic field with the molecules and ions of the material. Niobium phosphate glasses was also produced already through the heating of precursors in microwave ovens. Other glasses containing iron in theirs structure was produced by conventional furnaces and they had your structures analyzed. But even so, it was not still published synthesis of iron phosphate glasses starting from the melting of precursors materials in microwave ovens. In the present work mixtures of (NH4)2HPO4 and Fe3O4 or (NH4)2HPO4 and Fe2O3 were exposed to microwave energy with electromagnetic waves of 2,45 GHz. It was proposed that the absorption of this radiation for the material causes the heating from room temperature to melting temperature. The obtained iron phosphate glasses was analyzed by X-ray diffraction, Mossbauer spectroscopy, and Differential Thermal Analysis. Iron phosphate glasses were also produced in electrical furnaces for comparison.

Neste trabalho foi estudado o sistema vítreo binário SiO2-MoO3 preparado pelo método sol-gel. As vantagens da utilização do método sol-gel em relação ao método tradicional de fusão seguido de choque térmico deve-se ao fato de que a utilização dos precursores já no estado líquido pode levar à formação de vidros mais homogêneos à temperatura ambiente. Em adição, como não há exposição à temperatura, propriedades desejáveis dos componentes podem ser preservadas. Desta forma, foram preparadas amostras no sistema binário por rota química, variando-se a proporção molar do MoO3 de 0,01% a 10,00%. O TEOS foi utilizado como precursor de SiO2 e o MoOCl4 foi o reagente de partida utilizado na obtenção do precursor de MoO3. O refluxo e o ultrassom foram as metodologias usadas para a preparação do precursor do MoO3. As amostras dos vidros foram preparadas sob a forma de monolitos e caracterizadas sob a forma de pó fino para as análises de DRX, análises térmicas (TGA e DSC), análises espectroscópicas por reflexão atenuada no infravermelho (ATR) e de espalhamento Raman. A solução precursora de MoO3 foi estudada por espectroscopia de absorção na região do UV-VIS e o pó desse precursor foi também analisado por espalhamento Raman. Através dos resultados de DRX obtidos foi possível comprovar a natureza amorfa de todas as amostras preparadas, bem como a formação da fase cristalina MoO3 após tratamento térmico à temperatura de 800oC. Mesmo apresentando picos cristalinos de MoO3 pós tratamento térmico, os vidros mantiveram as características de materiais amorfos, o que é um indicativo interessante para a preparação de vitrocerâmicas. Também foi possível descrever alguns fenômenos físico-químicos através das análises térmicas realizadas: as curvas TGA apontaram grandes perdas iniciais de massa devido a solventes orgânicos adsorvidos no gel, evidenciando a importância da realização de tratamento térmico para a obtenção de resultados mais satisfatórios, ao passo que as curvas DSC apontaram as temperaturas características dos vidros, deduzindo-se que o metal está se incorporando à matriz vítrea já que houve aumento da temperatura de transição vítrea (Tg) com o aumento da proporção molar de MoO3. Estudos estruturais dos sistemas vítreos buscaram identificar a forma como essa incorporação poderia estar ocorrendo. As análises de ATR na região do infravermelho identificaram ligações em rede do molibdênio com a sílica, corroborando para o fato de o molibdênio estar participando do sistema, modificando a matriz vítrea. Análises de espalhamento Raman identificaram espécies octaedricamente coordenadas de molibdênio,as quais podem ser responsáveis pelas propriedades fotocrômicas e ópticas não-lineares dos vidros. Dessa forma, os resultados alcançados sugerem a possibilidade de utilização dos vidros preparados por sol-gel para aplicação em fotônica ou outras aplicações que envolvam a óptica não-linear. / In this work, a binary system glassy SiO2-MoO3 was prepared by the sol-gel method. The advantage of using sol-gel method than the melt-quenching is the fact that it is possible to obtain more homogeneous glasses at room temperature. In addition the no temperature exposure leads to the preservation of desirable components properties. Thus samples were prepared in the binary system by sol gel varying the molecular MoO3 ratio from 0.01% to 10.00%. The TEOS was used as SiO2 precursor and MoOCl4 was the starting material used to obtain the precursor of MoO3. The methods used for MoO3 precursor preparation were the reflux and ultrasound. The samples were prepared as monoliths and characterized in the form of fine powder for the XRD analysis, thermal analysis (DSC and TGA), spectroscopic analysis by infrared attenuated reflection (ATR) and Raman scattering. The precursor solution of MoO3 was studied by absorption spectroscopy in the UV-VIS region and this precursor as powder was analyzed by Raman scattering. Through the XRD results it was possible to demonstrate the amorphous nature of all the prepared samples as well as the formation of MoO3 crystalline phase after heat treatment at 800oC. Even with the crystal peaks of MoO3 after heat treatment, the glasses kept the characteristics of amorphous materials, which is interesting for glass ceramics synthesis. It was also possible to describe some physical-chemical phenomena through thermal analyzes: the TGA curves showed large initial mass losses due to adsorbed organic solvents in gel, demonstrating the importance of heat treatment perform in order to obtain better results while DSC curves showed the possibility of metal incorporation into glassy matrix due to changes in the glass transition temperature (Tg) as consequence of MoO3 molar ratio increments. Infrared analyses identified connections between molybdenum and silica deducting that molybdenum probably is participating in the system by modifying the glass matrix. Raman scattering analysis identified octahedral coordinated molybdenum, most likely to be responsible for the photochromic and non-linear optical properties of glasses. The results suggest therefore the possibility of using the synthesized glasses for photonics or other optical non-linear applications.

A busca pelo prolongamento da qualidade da vida tem incentivado o aparecimento de novos materiais. Vidros que possuem fosfato em sua composição têm encontrado um grande espaço em aplicações como biomateriais, e sua utilização como scaffolds pode ser promissora, pois além de sua estrutura ser mais próxima da parte mineral dos tecidos ósseos, eles são materiais com alta solubilidade em meios aquosos. Vidros niobofosfato foram estudados em trabalhos anteriores e provou-se que a adição de óxido de nióbio em vidros fosfato melhora sua durabilidade química. Há também estudos que revelam que o óxido de nióbio pode ser utilizado como biomaterial devido a sua biocompatibilidade. Neste trabalho determinou-se a taxa de dissolução de uma ampla faixa de composições de vidros niobofosfato em soluções aquosas, e em soluções simuladoras de fluído corpóreo (SBF), com diferentes condições de ensaio. Os vidros estudados neste trabalho com composições (32 - 37)P2O5 (2- 15)Nb2O5 (6-7)Na2O (46-53)CaO, % em mol, foram produzidos a partir da mistura e fusão dos precursores em forno elétrico na faixa de temperatura de 1300ºC - 1400ºC por 0,3h. Foram produzidos sete tipos de vidros com composições diferentes, tendo como base a variação do teor de óxido de nióbio. Os vidros foram submetidos a análises de citotoxicidade e foram considerados não citotóxicos. Análises por difração de raios X mostraram que os materiais são amorfos e não se observou a presença de fases cristalinas após imersão tanto em solução aquosa, quanto em SBF. A densidade dos vidros variou de 2,84 a 3,14 g/cm3 em função do teor de óxido de nióbio. Observou-se a perda de massa dos vidros imersos em água e em SBF a 37ºC por 21 dias, sendo que a taxa de dissolução é maior quanto menor o teor de nióbio. As taxas de dissolução também variam de acordo com as condições de imersão das amostras. Micrografias eletrônicas de varredura mostraram a superfície das amostras antes e após imersão. Observou-se a formação de trincas nas superfícies de algumas amostras, resultado da liberação de matéria para o meio lixiviante. Houve aparente formação de uma camada superficial em uma determinada composição. Análises por espectrometria de fluorescência de raios X por energia dispersiva (EDX) determinaram os teores dos elementos presentes nas composições dos vidros, antes e após as imersões. Observou-se a presença de Al2O3, resultado da contaminação do vidro pelo cadinho, e também uma variação significativa no teor de P2O5 causado pela volatilização do mesmo no processo de obtenção do vidro. A variação dos teores dos elementos na superfície de alguns vidros após os períodos de imersão é causada principalmente pela liberação preferencial de P, Na, Al. Os teores dos elementos P, Na, Nb e Ca foram determinados por EDX nas soluções aquosas utilizadas para os testes de lixiviação. / The need to extend and improve the quality of life is leading to the search of new materials. Glasses containing phosphorous in their compositions are considered biomaterials and can be used as scaffolds because they have a structure close to the mineral component of bone tissues, and present relatively high solubility in water. The chemical composition, morphology, and mechanical properties of bioactive glasses can be properly fit to allow bonding with bones. Niobium phosphate glasses have been previously investigated. The addition of niobium oxide improves the chemical durability of phosphate glasses, and they are considered biocompatible. In the present work the dissolution rate of a wide range of niobium phosphate glass compositions were determined in water and Simulated Body Fluid (SBF). The glass compositions were in the range (32 - 37)P2O5 (2-15)Nb2O5 (6-7)Na2O (46-53)CaO mol%, and they were prepared by melting reagent grade chemical compounds in the temperature range 1300ºC - 1400ºC for 0.3h in an electrical furnace. Seven different glasses were prepared. The glasses were considered non-toxic after performing cytotoxicity tests. No evidence of crystalline phases was observed on X-rays diffraction patterns before and after the corrosion tests. The glass densities are in the range of 2.84 - 3.14 g/cm3. The density increases as the amount of niobium oxide increases. A mass loss was determined after immersing glass samples in water and in SBF at 37ºC during 21 days. The dissolution rate decreases as the amount of niobium oxide increases. The dissolution rate depends on the immersion medium and conditions. Cracks on the glass surfaces were observed by scanning electron microscopy after the corrosion tests which are related to the material release from the glass surface to the liquid. There is also evidence of formation of a layer on the surface of a specific glass composition. The glass compositions were determined before and after the corrosion tests by X-ray Fluorescence Spectrometry (EDS). Aluminum was detected in the glass composition. This element is related to the contamination of the glass by the crucible used in the glass melting. A significant variation of the amount of P2O5 compared to the nominal composition was also noticed, due to the volatilization of phosphorous during the glass melting. The surface glass composition changes during the leaching tests in water or SBF because of the preferential release of P, Na, and Al. EDS was also used to determine the concentration of P, Na, Nb, and Ca in the leaching solution by using the dry drop method.

O objetivo deste trabalho foi sintetizar matrizes vítreas homogêneas à base de óxido de silício e óxidos alcalinos (lítio, sódio e potássio) dopados com íons terras raras (Nd3+, Sm3+, Pr3+) que serviram como sondas locais, para investigar o efeito da densificação induzida por altas pressões (7,7 GPa) destas matrizes nas propriedades estruturais e espectroscópicas. Para a caracterização estrutural foram realizadas medidas de espectroscopia de absorção no infravermelho e Raman dos vidros produzidos revelando o efeito de cada íon alcalino na matriz de sílica. Para avaliar o efeito da densificação em alta pressão nos vidros, as medidas espectroscópicas foram realizadas antes e após o processamento em 7,7 GPa. Foi possível observar alterações no perfil da banda vibracional da sílica em torno de ~1050 cm-1 e ~1100 cm-1 nos espectros infravermelhos e Raman relacionadas a cada íon alcalino e à densificação. Estas alterações tornaram-se mais pronunciadas à medida que o tamanho do íon modificador aumentava. As propriedades espectroscópicas foram avaliadas através de medidas de absorção óptica e luminescência sob excitação em 488 nm. Os espectros de absorção dos três sistemas estudados foram avaliados antes e após terem sido submetidas à pressão 7,7 GPa, apresentando picos de absorção referentes às transições eletrônicas entre níveis 4f-4f características dos íons neodímio, samário e praseodímio. Observou-se mudanças na intensidade das bandas de absorção e desdobramentos de algumas transições pelo efeito da adição do íon alcalino na matriz e da densificação, sendo mais evidente para o silicato contendo potássio e dopado com neodímio. Para as amostras dopadas com samário os espectros de absorção mostraram uma forte intensidade para a transição 6H15/2, não observada em outros sistemas vítreos, o que poderia estar associado à presença dos íons alcalinos na matriz. Entretanto, a intensidade desta transição diminuiu pelo efeito da pressão. As amostras dopadas com praseodímio apresentaram todas as transições características na região do visível e o desdobramento da banda 3P1 foi mais evidente para o vidro silicato contendo potássio após ter sido submetido a 7,7 GPa. Na região do infravermelho foi observado o desdobramento da banda hipersensível 3F2 para o silicato de potássio antes e após a densificação em alta pressão. Com os espectros de absorção dos três sistemas estudados foram calculados os parâmetros de intensidade de Judd-Ofelt, Ωk (k=2,4,6) antes e após de terem submetidos ao tratamento de altas pressões, com os quais se calculou a probabilidade de transição radiativa de cada íon de terra rara utilizado como sonda e se verificou o caráter covalente das ligações presentes na matriz. Os respectivos espectros de luminescência também foram avaliados antes e após a densificação em alta pressão. Os vidros silicatos dopados com neodímio mostraram desdobramento na transição 4F3/2→4I9/2, o qual se manteve após a densificação. Os vidros silicatos com íons alcalinos e dopados com samário apresentaram uma forte luminescência no laranja/vermelho, cuja intensidade diminuiu após a densificação. Para os vidros dopados com praseodímio foi observada uma intensa emissão na região do vermelho. Foi possível identificar alterações irreversíveis induzidas pela pressão nos valores de densidade, índice de refração e nos parâmetros radiativos dos íons terras raras. Os resultados obtidos indicam que as propriedades espectroscópicas dos íons terras raras podem ser utilizadas como sondas locais para investigar alterações induzidas pela densificação de materiais vítreos em altas pressões. A alta pressão induz alterações irreversíveis nas distâncias e ângulos de ligação entre os íons terras raras e os íons ligantes que alteram o campo cristalino e, portanto, as propriedades espectroscópicas medidas. / The main goal of this work was to synthesize homogeneous vitreous matrices of silicon oxide and alkaline oxides (lithium, sodium and potassium) doped with rare earth ions (Nd3+, Sm3+, Pr3+) that served as local probes to investigate the effect of the densification induced by high pressure into their structural and spectroscopic properties. Raman and infrared spectroscopy were used for structural characterization of the glasses revealing the effect of each alkaline ion. To evaluate the effect of the densification induced by high pressure, the vibrational spectroscopy measurements were performed before and after processing the glasses at 7.7GPa during 15 min. It was possible to observe variations in the shape of the bands around ~1050 cm-1 and ~1100 cm-1 related to silica in the infrared and Raman spectra. These variations depended on the alkaline ion and densification and they were more pronounced as the size of the alkaline ion increased. The spectroscopic properties were evaluated by optical absorption and photoluminescence under excitation at 488 nm. The absorption spectra of the three systems studied were evaluated before and after processing at 7.7 GPa and the absorption peaks were related to electronic transitions between 4f-4f levels of neodymium, samarium and praseodymium ions. Changes were observed in the intensity of the absorption bands and on the splitting of some transitions. These changes depended on the alkali ion and on densification, being more evident for the silicate glass containing potassium and doped with neodymium. For samples doped with samarium the absorption spectra showed a strong intensity for the transition 6H15/2 not observed in other systems which might be associated with the presence of the alkali ions in the matrix. However, the strength of the transition decreased after densification under pressure. The samples doped with praseodymium showed all the characteristics transitions in the visible region and the unfolding 3P1 band was more evident for glass containing potassium silicate after densification. In the infrared region it was observed the splitting of the hypersensitive band 3F2 for potassium silicate before and after the high pressure densification. With the absorption spectra of the three systems studied, the intensity parameters of Judd-Ofelt, Ωk (k = 2,4,6) were calculated before and after having submitted to high pressure treatment, with which the probability of radiative transition of each rare earth ion used as a probe and the covalent character of the bonds present in the matrix was verified. The correspondent photoluminescence spectra were also evaluated before and after the high pressure densification. It was observed the splitting of the transition 4F3/2 → 4I9/2, for the glasses doped with Nd, which remained after densification Alkaline silicates glasses doped with Sm ions showed a strong luminescence in the orange/red, whose intensity decreased after densification. For glasses doped with Pr it was observed an intense emission in the red region. It was possible to identify irreversible changes induced by pressure on values of density, index of refraction and radiative parameters of the rare earths ions. The results indicated that the spectroscopic properties of the rare earth ions can be used as local probes to investigate changes induced by densification of glassy materials at high pressures. The high pressure induces irreversible changes in distances and bond angles between the rare earth ions and ligands that modify the crystal field and, therefore, the spectroscopic properties.