Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Cadmium silicate in composition CdSiO3 is a phosphorescent material with potential applications in areas such as emergency lights, opto-electronic devices and coating of ceramic tiles for use in radiodiagnostic rooms. The main goal of the present work was to investigate the sol-gel synthesis and optical properties of cadmium silicate (CdSiO3) undoped and doped with the transition metals (Mn, Ni, Fe and Co) and rare earths (Gd and Tb). Physical parameters such as starting pH, deviation from stoichiometry, calcination time and temperature were analyzed to obtain the best conditions for sample preparation. The single crystalline phase CdSiO3 was obtained at pH 7.0 (700 ° C/3h) and pH 1.0 (1000 ° C/3h). The optical properties of the synthesized powders were studied by a combination of Optical Absorption (OA), Photoluminescence (PL), X-ray Excited Optical Luminescence (XEOL), Thermoluminescence (TL) and lifetime measurements. According to the results obtained using OA, the optical band gap of the CdSiO3 was estimated at around 5 eV, while the self-trapped exciton level (STE) was obtained at about 4.7 eV. The absorption in the visible range (570 and 800 nm) may be due to intrinsic defects (color center) as cadmium and oxygen vacancies present in the CdSiO3. The PL and XEOL emission spectra of the undoped sample presented broad emission bands at 400, 490 and 590 nm with different relative intensities that depend on the pH, temperature and deviation from stoichiometry causing color changes in the emission of CdSiO3. The three luminescent channels can be related to: (i) direct recombination of electrons from the conduction band with holes from the valence band; (ii) recombination of excitons and (iii) emission from color centers possibly related to impurities, intrinsic defects and dopants present at low concentration. In this work, the mapping of the luminescence shows that the intrinsic luminescence of CdSiO3 can be influenced by production method. The presence of dopants (Mn, Gd and Tb) increased the luminescence intensity and the afterglow of CdSiO3. However, the dopants (Ni, Co and Fe) suppressed the luminescence due to self-absorption processes. This work enabled the development of phosphors CdSiO3 with violet, blue, green, yellow, orange, pink and white emission. / O silicato de cádmio na composição CdSiO3 é um material fosforescente com potencial de aplicação em áreas como sinalização de emergência, armazenamento óptico de dados e revestimentos cerâmicos para uso em salas de radiodiagnósticos. Neste trabalho, o principal objetivo foi investigar a síntese e as propriedades ópticas do silicato de cádmio (CdSiO3) puro e dopado com metais de transição (Mn, Ni, Fe e Co) e terras raras (Gd e Tb) produzidos via rota sol-gel. Parâmetros como pH da solução de partida, desvios estequiométricos, temperatura e tempo de calcinação foram investigados para a obtenção da melhor condição de preparo das amostras de CdSiO3. A fase cristalina única do CdSiO3 foi obtida em amostras com pH 7.0 (700°C/3h) e com pH 1.0 (1000°C/3h). As propriedades ópticas dos pós sintetizados foram estudadas via absorção óptica (AO), fotoluminescência (PL), luminescência estimulada por raios X (XEOL), termoluminescência (TL) e tempo de vida. De acordo com resultados de AO, o band gap do CdSiO3 foi estimado em 5 eV, enquanto níveis de éxcitons auto-armadilhados (STE) em cerca de 4,7 eV. Pequenas absorções na região do visível (570 e 800 nm) podem estar relacionadas a defeitos intrínsecos (centro de cor) como vacâncias de cádmio e de oxigênio presentes na matriz do CdSiO3. Os espectros de emissão PL e XEOL da matriz apresentaram bandas principais de emissão em 400, 490 e 590 nm com intensidades relativas diferentes que dependem do pH, temperatura e desvios estequiométricos causando mudanças na cor de emissão do CdSiO3. Estes três canais luminescentes podem estar relacionados à: (i) recombinação direta de elétrons da banda de condução com buracos da banda de valência; (ii) recombinação de éxcitons e (iii) transições por centros de cor devido a defeitos intrínsecos ou a níveis de impurezas, presentes no material em baixa concentração. Neste trabalho, o mapeamento da luminescência apresentado para o composto puro demonstrou o quanto a luminescência intrínseca do CdSiO3 pode ser influenciada pelo método de preparação dos pós produzidos. A presença dos dopantes Mn, Gd e Tb aumentou a intensidade luminescente e a persistência luminosa do CdSiO3. No entanto, os dopantes Ni, Fe e Co suprimiram a luminescência devido a processos de auto-absorção no material. Este trabalho possibilitou o desenvolvimento do CdSiO3 fosforescente nas cores violeta, azul, verde, amarelo, laranja, rosa e branco.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:ri.ufs.br:riufs/5282 |
| Date | 23 May 2015 |
| Creators | Abreu, Carolina Melo de |
| Contributors | Macedo, Zélia Soares |
| Publisher | Universidade Federal de Sergipe, Pós-Graduação em Física, UFS, BR |
| 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:Repositório Institucional da UFS, instname:Universidade Federal de Sergipe, instacron:UFS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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