Síntese e caracterização de nanoestruturas de LiNbO3 dopadas com lantanídeos

Abstract

Pretendeu-se, com este trabalho, efectuar o crescimento e posterior caracterização de vidros de SiO2 com cristais LiNbO3 dopados com o ião lantanídeo Sm3+. Sintetizou-se um total de 25 amostras, crescidas através do método de sol-gel, com várias concentrações de Sm3+ (0.1% a 5% molar) e tratadas termicamente a diferentes temperaturas definidas com base no resultado da análise térmica diferencial. Deste conjunto, apresentamos os resultados apenas das amostras tratadas termicamente a 700 ºC e das dopadas com 1% de Sm3+. Através da análise por difracção de raios-X (DRX) foi possível identificar a formação de LiNbO3, SmNbO4 e SiO2 e estimar o tamanho médio das respectivas cristalites. A microscopia electrónica de varrimento (MEV) mostrou a existência de partículas nas amostras tratadas a temperaturas superiores a 500 ºC. Com um aumento da temperatura de tratamento e também com o aumento da concentração de Sm3+, verificou-se um aumento do número de partículas e da sua cristalinidade. Comparando estes resultados com os de DRX foi possível estabelecer uma correlação entre os parâmetros de crescimento e a formação de fases cristalinas e o respectivo tamanho médio das cristalites. A espectroscopia de Raman permitiu confirmar o que foi observado em DRX e MEV. A caracterização óptica por fotoluminescência à temperatura ambiente, revelou uma emissão de luz vermelha, referente às transições 4G5/2 6HJ= 5/2,7/2,9/2 do Sm3+, para algumas amostras, podendo concluir-se, com base nas caracterizações estruturais e morfológicas efectuadas anteriormente, que o ião lantanídeo apenas emite quando está inserido na matriz amorfa. Além disso, são observadas algumas auto-absorções do samário e algumas bandas largas, devidas provavelmente às fases amorfa e cristalina do SiO2. Os resultados obtidos ajudam a estabelecer um rumo de trabalhos futuros, sendo essencial proceder a uma caracterização óptica a baixa temperatura, assim como efectuar uma caracterização eléctrica.

The purpose of this work was the growth and further characterization of SiO2 glasses with LiNbO3 crystals doped with the lanthanide ion Sm3+. It was synthesized a total of 25 samples, grown by the sol-gel method, with several concentrations of Sm (0.1% to 5% molar), and thermally treated for different temperatures defined by the results of the differential thermal analysis. Of these samples, only the ones with 1% of Sm, and which were treated with 700 ºC, are presented. Through the X-ray diffraction analysis it was possible to formation of LiNbO3, SmNbO4 e SiO2, and to evaluate the average crystallite size. Scanning electron microscopy showed the existence of particles in the samples thermally treated above 500 ºC. With increasing treating temperature as well as with increasing Sm3+ concentration, it was verified an increasing number of particles and their crystallinity. Comparing with the XRD it was possible to establish a correlation between the growth, and the crystalline phases formation and the average crystallite size. The Raman spectroscopy done to the samples, confirmed what was observed in DRX and SEM. The optical characterization by photoluminescence at room temperature revealed a red light emission, due to the 4G5/2 6HJ= 5/2,7/2,9/2 transitions of the Sm3+, for some of the samples indicating that, based at the structural and morphological characterizations done previously, the lanthanide ion emits only when inserted in a amorphous matrix. It is also observed some autoabsorptions of the samarium ion, and some large bands, probably due to the crystalline and amorphous phases of SiO2. These results are helpful to define a way of future works, where it’s essential to do an optical characterization at low temperatures, and also some electric characterization.