Termómetros fotoluminescentes baseados em lantanossilicatos

Abstract

The hydrothermal synthesis and structural characterization of lanthanide silicates NaLnSiO4, Ln= Gd3+, Eu3+, Tb3+, Er3+ and Yb3+ are reported. The crystal phase purity of these solid was analysed by powder X-ray diffraction and further characterized by scanning electron microscopy, 29Si MAS NMR, Infra-Red, Raman and photoluminescence spectroscopy. After having determined the best synthesis parameters to obtain the compounds, the suitability of the compounds NaGd1-x-yEuxTbySiO4 and Na[(Gd0.85Yb0.10Er0.05)SiO4 to act as ratiometric photoluminescent thermometers was assessed (Eu3+ and Tb3+ are visible emitters, and Er3+ and Yb3+ infra-red emitters). The Tb3+ to Eu3+ and Yb3+ to Er3+ energy transfers were detected, leading to a temperature dependence of the emission ratio between the Tb3+ 5D4→7F5-0 and Eu3+ 5D0→7F0-4 transitions for NaGd1-x-yEuxTbySiO4 and between Yb3+ 2F5/2→2F7/2 and Er3+ 4I13/2→4I15/2 transitions for Na[(Gd0.85Yb0.10Er0.05)SiO4. This ratio allows the determining the sensitivity of the compounds to act as thermometers. At cryogenic temperatures, the sensitivity obtained depends on the composition parameters x and y for Na[(Gd0.85Yb0.10Er0.05)SiO4. The infrared ratiometric luminescent thermometer NaGd1-x-yErxYbySiO4 presents the best performance in terms of sensitivityA síntese hidrotérmica e a caracterização estrutural de silicatos de lantanídeo, NaLnSiO4 (Ln = Gd3+, Eu3+, Tb3+, Y3+, Er3+ e Yb3+), são relatadas. A pureza cristalina destes sólidos foi analisada por difracção de raios-X de pós e adicionalmente caracterizados por microscopia electrónica de varrimento, RNM de 29Si MAS e espectroscopias de infravermelho, Raman e de fotoluminescência. Após a determinação dos melhores parâmetros de síntese para a obtenção dos compostos, avaliou-se a adequabilidade dos compostos NaGd1-x-yEuxTbySiO4 e Na[(Gd0.85Yb0.10Er0.05)SiO4 para actuarem como termómetros raciométricos fotoluminescentes (Eu3+ e Tb3+ são emissores visíveis, e Er3+ e Yb3+ são emissores infravermelhos). As transferências de energia entre do Tb3+ para o Eu3+ e do Yb3+ para o Er3+ foram detectadas, as quais levam a uma dependência com a temperatura dos rácios entre as transições 5D4→7F2 (Tb3+) e 5D0→7F2 (Eu3+) para NaGd1-x-yEuxTbySiO4 e entre as transições 2F5/2→2F7/2 (Yb3+) e 4I13/2→4I15/2 (Er3+) para Na[(Gd0.85Yb0.10Er0.05)SiO4. Esses rácios permitem determinar a sensibilidade dos compostos para actuar como termómetros. A temperaturas criogénicas, a sensibilidade obtida depende dos parâmetros de composição x e y para NaGd1-x-yEuxTbySiO4. O termómetro raciométrico luminescente no infravermelho, Na[(Gd0.85Yb0.10Er0.05)SiO4, apresenta o melhor desempenho em termos de sensibilidadeMestrado em Químic

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