Espectroscopia e transferência de energia em vidros La2O3-Nb2O5-B2O3

Abstract

Vidros são materiais amorfos cuja estrutura, em geral, pode ser descrita pelo modelo da rede aperiódica aleatória. Embora para A maioria dos sistemas vítreos, sobretudo os vidros silicatos, esse modelo seja adequado, alguns sistemas apresentam uma certa ordem à curta e média distância (1ª e 2ª esferas de coordenação) e por isso precisam de modelos mais sofisticados para descrever sua estrutura. A luminescência de grupos niobato está bem caracterizada para sistemas cristalinos e é fortemente dependente da estrutura dos cristais. Sendo assim, a presença da luminescência de niobatos na matriz vítrea La2O3-Nb2O5-B2O3 implica num grau de ordenamento estrutural considerável. A partir de estudos espectroscópicos de vidros niobato e transferência de energia em amostras dopadas com íons lantanídeos, e da comparação com a luminescência de sistemas modelo cristalinos buscamos obter um modelo estrutural para vidros da matriz La2O3-Nb2O5-B2O3 que explicasse a luminescência das amostras vítreas e a sua dependência com a composição das amostras. Realizamos também cálculos teóricos de estados eletrônicos para entender como a estrutura cristalina atua na luminescência de niobatos e qual a dependência da luminescência com distorções estruturais (geométricas). Concluímos que a luminescência de niobatos deve-se a um estado de transferência de carga localizado na ligação Nb􀀐O e que segue o modelo da partícula na caixa quando há distorções nessa ligação. Arranjos estruturais onde são formadas cadeias de NbO6 compartilhando vértices apresentam condições para a deslocalização eletrônica e tem espectros deslocados para menores energias. Já NbO6 que compartilham aresta ou grupos niobil, caracterizados por uma ligação Nb􀀐O mais curta, apresentam condições para a localização do estado excitado e fornecem espectros em maiores energias e com maior eficiência quântica. Mesmo em amostras com baixas concentrações de nióbio, a 20 mol% de La2O3, pares de NbO6 compartilhando arestas são formados e a luminescência é típica dessas estruturas. De modo geral o aumento da concentração de La2O3 até 25 mol% parece romper as cadeias de niobatos que compartilham arestas, resultando em grupos NbO6 compartilhando vértices, mas com o Nb fora de centro, (grupos niobil), levando a mudanças estruturais que se refletem no comportamento luminescente. Em concentrações superiores a 25 mol% parte do lantânio parece segregar em um domínio distinto, embora isso não seja percebido como uma separação de fases visível na amostra. Essa separação de fases leva a uma diminuição efetiva da concentração de La em torno dos niobatos, o que por sua vez volta a favorecer a formação de pares compartilhando arestas caracterizados na luminescência