Caracterização de nanocristais de SnO2 e SnO2: Eu crescidos por LAFD

Abstract

Neste trabalho foram crescidas amostras de SnO2 e SnO2:Eu pela técnica de deposição de fluxo assistida por laser. As amostras de SnO2 também foram posteriormente sujeitas a um tratamento térmico superficial com laser. Após o crescimento as amostras foram caracterizadas utilizando técnicas experimentais avançadas de modo a inferir sobre as suas propriedades estruturais, morfológicas e óticas. A caracterização por difração de raios-X complementada com a espetroscopia de Raman mostra que ambos os tipos de amostras se encontram na fase tetragonal do rútilo e que as amostras dopadas intencionalmente não apresentam fases secundárias associadas ao Eu2O3. Na análise por microscopia eletrónica de varrimento observa-se que as amostras são policristalinas com grãos de forma poliédrica, hábito bipiramidal, cujo tamanho aumenta quando se submete as amostras a um tratamento térmico superficial com laser. Na caracterização ótica, através de medidas de refletância difusa determinouse um hiato energético de 4,0 eV. Quando excitadas com 3,8 eV as amostras de SnO2 apresentam uma banda de emissão larga à temperatura ambiente centrada a 1,85 eV, Contudo a baixa temperatura, 14 K, observa-se um alargamento da emissão, sendo possível identificar que ocorre a sobreposição de dois centros óticos cujas bandas se centram a 2,4 eV e 1,85 eV. Os processos de extinção térmica da luminescência associada a cada uma das bandas são descritos por energias de ativação de 8,8 meV e 112,5 meV para a banda verde e vermelha, respetivamente. A banda a 1,85 eV foi associada a modelos de recombinação excitónica pela análise de medidas de densidade de excitação. As amostras de SnO2:Eu apresentam transições características do ião Eu3+ sobrepostas à emissão do SnO2, sendo que a razão 5D0 7F2 /5D0 7F1 evidencia que o ião se encontra em posição substitucional sem distorção. Também se observa um aumento da intensidade de emissão com o aumento da temperatura, obtendo-se para o povoamento térmico uma energia de ativação de 8,3 meV. Este aumento de intensidade com a temperatura permite antever futuros desenvolvimentos na área de iluminação de estado sólido com estes materiais nano fosforescentes.

In this work, SnO2 and SnO2:Eu samples were grown by laser assisted flow deposition technique. SnO2 samples were also subjected to a surface heat treatment with a laser. All samples were subsequently characterized using advanced experimental techniques in order to infer their structural, morphological and optical properties. The characterization by X-ray diffraction complemented with Raman spectroscopy shows that both types of samples are in the tetragonal rutile phase and that the intentionally doped samples show no secondary phases associated with Eu2O3. In the analysis by scanning electron microscopy it was observed that the samples are polycrystalline with grains of polyhedral form, exhibiting bipyramidal habit, whose size increases when the samples are submitted to a surface heat treatment with a laser. In the optical characterization, through diffuse reflectance measures, an energy gap of 4,0 eV was determined. When excited with 3,8 eV SnO2 samples exhibit a broad emission band centered at 1,85eV at room temperature, however at low temperature, 14 K, a broadening of the emission was observed. Moreover, it can be identified the overlapping of two optical centers whose bands are centered at 2,4 eV and 1,85 eV. Thermal processes for extinguishing the luminescence associated with each band are described by activation energies of 8,8 meV and 112,5 meV, for the green and red band, respectively. The band at 1,85 eV was associated with excitonic recombination models through analysis of excitation density measurements. SnO2: Eu samples transitions have the transitions characteristic of Eu3+ ion superimposed on the emission of SnO2, and the ratio 5D0 7F2 /5D0 7F1 shows that the ion is in a substitutional position without distortion. It is also observed an increase in the emission intensity with increasing temperature, yielding for thermal population an activation energy of 8,3 meV. This increase in intensity with temperature allows foreseeing future developments in the area of solid state lighting with these phosphorescent nano materials.