Emissão discreta e contínua de luz por conversão ascendente de energia em óxidos dopados com íons lantanídeos

Abstract

Em materiais inorgânicos, baseados ou dopados, com lantanídeos a luminescência por conversão ascendente de energia (UC) pode ser mediada por mecanismos distintos, como absorção de estado excitado, conversão ascendente por transferência de energia e processos de avalanche de fótons. No entanto, esses mecanismos levam à emissão UC caracterizadas por espectros discretos e, portanto, não podem explicar a geração de luz branca caracterizada por espectro contínuo observada em óxidos de lantanídeos puros, dopados, ou codopados perante excitação no infravermelho próximo (NIR). Apresentamos nesta tese nossa contribuição com a elucidação do mecanismo promotor da emissão de luz branca, caracterizada por espectro contínuo, mediante excitação no NIR, em função a composição das amostras, condutividade térmica, distribuição e tamanho de partículas, bem como as condições de excitação (comprimento de onda, ciclos e tempo de excitação). Elaboramos um estudo do comportamento fotofísico para misturas mecânicas de óxidos comerciais Gd2O3, Yb2O3 e Er2O3, e para nanopartículas sintetizadas com composições: Yb2O3 e Er2O3 (puros); (Gd0,99Er0,01)2O3 e (Gd0,99Yb0,01)2O3 (dopados); e (Gd0,89Yb0,10Er0,01)2O3 (codopado), em função da temperatura, umidade e pressão. As características espectrais e temporais observadas para a emissão caracterizada por banda larga, nomeadamente, os ajustes da emissão na região do visível à curva de emissão de corpo negro e a análise da dinâmica temporal mediante diferentes densidades de potência (que mostram os padrões consistentes com os tempos de aquecimento e resfriamento) sugerem que a emissão de luz branca tenha origem térmica. Isto é corroborado pelo comportamento da transição do espectro de emissão UC discreto para contínuo causada pelo aquecimento da amostra pelo laser. As nanopartículas sintetizadas (Gd0,89Yb0,10Er0,01)2O3 se comportam como termômetros luminescentes primários (após excitação em NIR) na faixa de 299–363 K, usando a razão de intensidade da emissão do Er3+ 2H11/2→4I15/2 / 4S3/2→4I15/2, e como termômetro luminescente secundário em 1949–3086 K, com base na curva de distribuição do corpo negro da emissão de luz branca observada. Os resultados referentes à relação entre a temperatura da região sob excitação com a densidade de potência utilizada para excitar a amostra serão úteis para o desenvolvimento de modelos teóricos e para a resolução das equações diferenciais que descrevem a emissão de luz branca por aquecimento a laser.