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Previous issue date: 2014-09-24 / In this work the structural and optical properties of SiO2-ZnO-TiO2 system
doped with of Eu3+ (1% in mol) or Er3+ ions (0,2% to 2,0% in mol) were
investigated. The compositions xSiO2-([100-x]/2)ZnO-([100-x]/2)TiO2 with x
ranging from 40 to 80 were synthesized and studied. A mixed methodology
using the traditional sol-gel process and Pechini method was employed to
prepare stable and transparent sols, homogeneous gels, powders and
transparent thin films without cracks. The prepared powders were heat treated
from 100°C to 1100°C. The optical “band gap” values, the lifetime of Eu3+ 5D0
level, the R/O ratio of Eu3+ emissions and refractive index are dependent on the
composition and thermal treatment of the powders. Multilayered thin films were
deposited onto silica substrates using the “spin coating” technique. Afterwards,
the as-prepared thin films were calcined at 500°C followed by annealings from
700°C to 1000°C. The X-ray diffraction of powders showed that the
crystallization starts at 800°C with a mixture of zinc titanate phases (ZnTiO3,
Zn2TiO4) and titanium rutile (TiO2). In compositions with low silica content (x =
40 or 50) the formation of zinc silicate (Zn2SiO4) occurs at high temperatures.
The optical properties were evaluated for both powders and thin films.
Particularly, thin films exhibit transmittance above 80% in the visible region. The
refractive index at 632.8 nm and thickness of thin films were estimated using
the envelope method and m-Line spectrocopy. Furthermore, morphological
analysis of the thin films surface was performed by scanning electron
microscopy. The characteristic emission peaks of Er3+ or Eu3+ doped powders
and thin films were measured. The photoluminescent emission of Eu3+ ions,
obtained the highest intensities for the powders treated at 800°C, for films
treated at 700°C, under excitation at 394 nm, where the system remains
primarily amorphous. The photoluminescent emission of the Er3+ ions was more
intense for the powders treated at 1100°C under excitation at 980 nm, mainly
due to reduction of hydroxyl groups which act as photoluminescence
quenchers. In the film the highest intensity occurred at a temperature of 700°C
under excitation at 378 nm and showing only one guided mode. Thus, the
obtained thin films can be suitable for application as waveguides in integrated
optical systems. Moreover, the Eu and Er doped powders can be used as
phosphors in displays. / Este trabalho avalia as propriedades estruturais e ópticas do sistema ternário
SiO2-ZnO-TiO2 dopado com íons Eu3+ (1% em mol) ou Er3+ (0,2% a 2,0% em
mol). As composições xSiO2-([100-x]/2)ZnO-([100-x]/2)TiO2, com x = 40, 50, 60,
70 e 80 foram estudadas. Através de metodologia mista do processo sol-gel
com o método Pechini foi possível obter sóis estáveis e transparentes, géis
homogêneos, pós tratados termicamente de 100ºC a 1100°C e filmes finos
transparentes e sem trincas. Filmes finos multicamadas foram depositados
sobre substratos de sílica usando “spin coating” e calcinados a 500°C, seguido
de um tratamento térmico entre 700°C e 1000°C. Por fotoluminescência foram
observadas as transições de emissão características de íons Er3+ e Eu3+. A
caracterização por difração de raios X dos pós mostrou que a cristalização tem
início a partir de 800°C, com uma mistura de fases de titanatos de zinco
(ZnTiO3, Zn2TiO4) e segregação de titânio rutilo (TiO2). Em composições com
menores proporções de sílica (x= 40 ou 50) também ocorreu a formação de
silicato de zinco (Zn2SiO4) em temperaturas mais elevadas. Os espectros de
transmissão dos filmes apresentaram transmitância superior a 80%. Os valores
de “band gap” óptico, o tempo de vida, as razões R/O e o índice de refração
são dependentes do tratamento térmico e da composição dos pós. Usando o
método da envoltória, pôde-se calcular o índice de refração a 632,8 nm e a
espessura dos filmes finos, sendo que esta também foi estimada por
microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia m-Line. A emissão
fotoluminescente dos íons Eu3+ tem maior intensidade nos pós tratados à
800°C e nos filmes tratados à 700°C, sob excitação a 394 nm. Nestas
temperaturas o sistema permanece predominantemente amorfo. A emissão
fotoluminescente dos íons Er3+ foi mais intensa para os pós tratados a 1100°C,
sob excitação a 980 nm, devido à eliminação de grupos OH supressores das
emissões de Er3+. Nos filmes a maior intensidade se deu à temperatura de
700°C, sob excitação a 378 nm. Os filmes apresentaram apenas um modo
guiado, sendo o mais apropriado para uso como guia de onda e os pós são
indicados como fósforos podendo ser aplicados em “displays".
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.bc.ufg.br:tede/4390 |
| Date | 24 September 2014 |
| Creators | Fógia, Michelly Patrícia Santana de Almeida |
| Contributors | Nunes, Liliane Magalhães, Maia, Lauro June de Queiroz, Nunes, Liliane Magalhães, Maia, Lauro June de Queiroz, Caires, Anderson Rodrigues Lima, Bernardez, Andréa Simone Stucchi de Camargo A., Santana, Ricardo Costa de |
| Publisher | Universidade Federal de Goiás, Programa de Pós-graduação em Química (IQ), UFG, Brasil, Instituto de Química - IQ (RG) |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFG, instname:Universidade Federal de Goiás, instacron:UFG |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 663693921325415158, 600, 600, 600, 7826066743741197278, 1571700325303117195 |
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