Ortoniobatos de iões terras raras: propriedades elétricas e óticas

Abstract

Esta dissertação teve como ponto de partida a produção de nanopós cristalinos com a fase RENbO4 (onde RE= Sm, Eu, Dy, Er e Tm) usando o método de Pechini. As amostras obtidas foram sujeitas a caracterização estrutural, morfológica, elétrica e ótica. Medidas de difração de raios-X evidenciaram que os pós calcinados a baixas temperaturas (500 ºC) permanecem amorfos. Para temperaturas de tratamento térmico entre 600 ºC e 800 ºC apresentam uma estrutura polifásica, sendo visíveis duas fases cristalinas: monoclínica e tetragonal. Para altas temperaturas, superiores a 800 ºC, as amostras cristalizam apenas no sistema monoclínico. Por este motivo escolheu-se esta temperatura para a calcinação de pastilhas dos vários Niobatos utilizadas na caracterização elétrica. Através de espectroscopia Raman e de absorção no infravermelho analisou-se o efeito do deslocamento dos máximos de vibração em função da aditivação com diferentes iões lantanídeos, nomeadamente em função do decréscimo do raio iónico. A caracterização elétrica das amostras permitiu verificar que a amostra de EuNbO4 apresenta a maior condutividade dc. À temperatura ambiente, a amostra de SmNbO4 apresenta o maior valor de constante dielétrica (~26 a 300 K) e simultaneamente menores perdas dielétricas (~0.030). Contudo é a amostra de DyNbO4 que apresenta menor variação da constante dielétrica, com o aumento da frequência. O estudo do comportamento da luminescência das amostras de RENbO4 incidiu sobre a amostra EuNbO4 de modo a testar as potencialidades desta matriz como emissor na região do laranja/vermelho, de interesse para aplicações em dispositivos óticos. Em suma, este trabalho permitiu inferir quanto aos efeitos da influência dos diferentes iões terras raras em diversas propriedades físicas das matrizes, nomeadamente nas morfológicas, estruturais, óticas, elétricas e dielétricas.

The starting point of this thesis was the production of nanocrystalline powders with RENbO4 (where RE = Sm, Eu, Dy, Er and Tm) structure, using the Pechini method. The samples were subjected to structural, morphological, electrical and optical characterization. X-ray diffraction measurements showed that the powders calcinated at low temperatures (500 ºC) remain amorphous. Heat treatment using temperatures between 600 ºC and 800 °C showed a polyphase structure, been visible two different crystalline phases: monoclinic and tetragonal. For high temperatures, above 800 °C, the samples are single phase and crystallize in the monoclinic system, which was the reason to use this calcination temperature for electrical characterizations of the various orthoniobates samples. Through Raman spectroscopy and infrared absorption, we analyzed the maximum displacement of the vibration depending on the additives with different lanthanide ions, particularly due to the decrease of ionic radius. Electrical characterization of the samples enables the verification of higher conductivity dc of EuNbO4. At room temperature, SmNbO4 sample showed the highest dielectrical constant (~26 to 300 K) and simultaneity lower dielectrical losses (~0.030). However, the DyNbO4 sample is the one that presents the smaller variation of the dielectrical constant with frequency. Luminescence behaviour for RENbO4 samples was focused on the EuNbO4 sample in order to test the viability of this matrix as a light emitter on the red/orange region. This work allowed verifying the influence of different rare earth ions inserted in the niobium oxide matrix on their morphological, structural, optical, electrical and dielectric proprieties.