Influência de incorporação de nanoclusters de prata nas propriedades ópticas de vidros germanato dopados com íons de Yb3+ para aplicações em fotônica.

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Augusto Anselmo Amaro
• Orientador(a): Luciana Reyes Pires Kassab
• Banca de defesa: Eduardo Acedo Barbosa, Maria Lucia Pereira da Silva
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade de São Paulo
• Programa de Pós-Graduação: Engenharia Elétrica
• País: BR
• Link de acesso: https://doi.org/10.11606/D.3.2023.tde-04072023-144702

Este trabalho tem como finalidade a produção e caracterização de amostras vítreas de GeO2-PbO (GP) codopadas com íons de Yb3+ e nanoclusters de prata (NCs de prata), e o estudo dos mecanismos de transferência entre eles. As amostras vítreas foram produzidas por método de fusão seguida de resfriamento rápido para alívio das tensões internas; tratamentos adicionais foram feitos para promover o crescimento dos NCs de prata. As emissões dos NCs de prata e dos íons de Yb3+ foram analisadas com excitação por diferentes comprimentos de onda. A emissão dos NCs de prata apresentou sintonização de luz na região do visível do espectro eletromagnético compreendida para diferentes concentrações de Yb3+ e também para excitações no intervalo de 355-410 nm. A dependência da sintonização em relação a concentração dos íons de Yb3+ deve-se ao fato de que normalmente restringem o tamanho dos NCs de prata. Por meio de análises do tempo de vida dos NCs de prata e dos íons de Yb3+, e medidas de luminescência, foram estudados e comprovados mecanismos de transferência de energia entre eles. A transferência de energia entre os NCs de prata e os íons de Yb3+, em 980 nm, pôde ser observada para excitações em 355 e 410 nm. No primeiro caso foi verificado aumento da emissão em mais de 100% para os íons de Yb3+ para a amostra 4,5% AgNO3/4,5% Yb2O3, e no segundo caso em mais de 1000% para amostra 4,5% AgNO3/2% Yb2O3 (em peso%). NCs de prata de maior tamanho são mais adequadamente excitadas em comprimentos de onda maiores, o que explica os mecanismos de transferência de energia eficientes para amostra 4,5% AgNO3/2% Yb2O3 quando excitada em 410 nm. A transferência de energia se dá por meio dos decaimentos de S1T1 (transição eletrônica de spin-proibido entre os estados singleto-tripleto) dos NCs de prata para os íons de Yb3+. Observou-se a diminuição dos tempos de vida curto e longo dos NCs de prata em 550 nm (para excitação em 355, 380 e 405 nm) e 800 nm (para excitação em 405 nm) em amostras codopadas com Yb3+, quando comparadas com a amostra dopada somente com AgNO3, corroborando o mecanismo de transferência de energia citado. Para comprovar a influência dos íons de Yb3+ na formação dos NCs de prata foram realizadas medidas de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) que mostraram alteração no tamanho médio dos NCs de prata quando adicionados os íons de Yb3+ (o tamanho médio passa de 4,7 para 3,0 e 2,2 nm). Estes resultados corroboram pela primeira vez a possibilidade de produção de vidros GP com NCs de prata e íons de Yb3+, e o mecanismo de transferência de energia entre eles, com aplicações para dispositivos fotônicos, tais como dispositivos com emissão de luz sintonizável, células solares e fontes de luz visível de banda larga.