Estudo de vidros de teluritos contendo Sb2O3 para obtenção de nanopartículas de cobre com aplicação em fotônica

Vidros transparentes do sistema vítreo 0.95TeO2-(0.05-x)Sb2O3–xCuO contendo nanopartículas de cobre foi preparado com sucesso pelo método convencional de fusão – resfriamento dos materiais precursores, utilizando a rota redox do óxido de antimônio. Esta técnica de preparação de vidros permite a prod...

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2018
Main Author: Machado, Tamires Martinhão lattes
Orientador/a: Silva, Maurício Antonio Pereira da lattes
Banca: Mastelaro, Valmor Roberto lattes, Nalin, Marcelo lattes, Sant'Ana, Antonio Carlos lattes, Izumi, Celly Mieko Shinohara lattes
Format: Tese
Language:por
Published: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Programa: Programa de Pós-graduação em Química
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Assuntos em Português:
SEF
Áreas de Conhecimento:
Online Access:https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/7175
Resumo Português:Vidros transparentes do sistema vítreo 0.95TeO2-(0.05-x)Sb2O3–xCuO contendo nanopartículas de cobre foi preparado com sucesso pelo método convencional de fusão – resfriamento dos materiais precursores, utilizando a rota redox do óxido de antimônio. Esta técnica de preparação de vidros permite a produção de nanopartículas metálicas durante a fusão dos materiais, através da reação de oxidação Sb3+ → Sb5+ + 2e-, que permite a redução de íons metálicos. A investigação estrutural foi realizada por calorimetria exploratória diferencial (DSC), difração de raios X (DRX) e espectroscopia Raman. Imagens de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e espectroscopia UV-visível evidenciaram a formação de clusters de nanopartículas de cobre cúbicas, distribuídas aleatoriamente em meio a matriz vítrea. A eficácia dos efeitos plasmônicos das nanopartículas de cobre promoveu a intensificação da fluorescência dos íons érbio. A interação da radiação excitante e amostra levou ao processo de excitação térmica, promovendo o aumento da população de níveis de energia específicos dos íons érbio, com consequente resposta óptica, evidenciada pela estrutura vibrônica presente no espectro de fluorescência dos vidros de teluritos contendo nanopartículas de cobre dopados com íons érbio. Além disso, os efeitos plasmônicos das nanopartículas de cobre na intensificação das emissões no infravermelho e conversão ascendente nos vidros de teluritos co-dopados com íons Yb3+/Ce3+/Er3+ sob excitação em 980 nm também foram investigados. As contribuições dos íons Yb3+ e Ce3+ também foram discutidas. A eficiência da ressonância do plasmon de superfície localizado (LSPR) das nanopartículas de cobre promoveu um melhoramento de cerca de 47% da emissão em 1550 nm dos íons Er3+. Além disso, o tempo de decaimento da transição Er3+: 4I13/2 → 4I15/2 aumentou em cerca de 50% na amostra contendo nanopartículas de cobre. Finalmente, os vidros de teluritos contendo nanopartículas de cobre apresentaram resultados interessantes quando utilizados como substratos para obtenção de espectros Raman intensificados por superfície (espectros SERS), sendo obtidos satisfatoriamente espectros SERS para soluções de 2,2’-bipiridina 1,0 × 10-5 mol.L-1 e do corante azul do Nilo 1,0 × 10-7 mol.L-1.
Transparent 0.95TeO2-(0.05-x)Sb2O3-xCuO glassy system containing copper nanoparticles were successfully prepared by the conventional melt quenching method of starting materials, using the antimony oxide redox route. This technique allows the production of metallic nanoparticles during melting, through the reaction Sb3+ → Sb5++ 2e-, which leads to the reduction of metallic ions. The structural investigation was carried out by differential scanning calorimetry (DSC), X ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy. Transmission electron microscopy image (TEM) and UV-visible spectroscopy evidenced the formation of cubic copper nanoparticles, randomly embedded in the glassy matrix. The effectiveness of the plasmonic effects of the copper nanoparticles provided the enhancement of the fluorescence of the erbium ions. The interaction between excitant radiation and sample led to the thermal excitation, which increased the population of specific energy levels of erbium ions, with consequent optical response into vibronic structure, as can be seen in the erbium-doped tellurite glasses containing copper nanoparticles. Furthermore, the plasmonic effects of the copper nanoparticles on the enhancement of the infrared and upconversion emissions intensities in the Er3+/Yb3+/Ce3+ co-doped transparent tellurite glasses under 980 nm laser diode excitation were investigated. The roles of Yb3+ and Ce3+ as sensitizers are also discussed. The effectiveness of localized surface plasmon resonance (LSPR) of the copper nanoparticles provided an improvement about 47% of the 1550 nm luminescence intensity of the Er3+ ions. Moreover, the lifetime of the Er3+: 4I13/2 → 4I15/2 transition increased around 50 % in the copper nanoparticle containing samples. Finally, the tellurite glasses containing copper nanoparticles showed interesting results as substrates for obtainment of surface enhanced Raman spectra (SERS spectra) and SERS spectra were satisfactorily obtained for 2,2'-bipyridine 1.0 × 10 -5 mol.L-1 and Nile blue dye 1.0 × 10-7 mol.L-1 solutions.