Desenvolvimento de vidros fosfoteluritos de nióbio para aplicações ópticas lineares e não-lineares

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Magarotto, Igor Augusto Coetti
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: fosfato de nióbio; niobium phosphate; nonlinear optics; óptica não-linear; phosphotellurite glass; vidros fosfoteluritos
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75135/tde-24112025-171226/

O trabalho realizado nesta dissertação apresentou o estudo da síntese e caracterização de materiais vítreos a base de óxido de telúrio (TeO2) contendo fosfato de nióbio comercial (NbP) visando potenciais aplicações ópticas lineares e não-lineares. Foi realizada uma extensa caracterização do precursor NbP comercial quanto às suas propriedades térmicas e estruturais, visto que não são encontrados trabalhos do tipo na literatura. As análises termogravimétricas (TGA) do precursor exibiram uma perda de massa que foi associada à água de hidratação. O fosfato de nióbio exibiu um comportamento vítreo, visto que sua curva térmica de calorimetria diferencial exploratória (DSC) exibiu a presença de uma temperatura de transição vítrea (Tg), sendo este comportamento corroborado através de análises de difração de raios X e espectroscopia de espalhamento Raman, os quais resultaram em difratogramas difusos e espectros Raman alargados, característicos de estruturas sem ordem a médias e longas distâncias. O NbP foi submetido à tratamentos térmicos para avaliar a evolução de sua estrutura em função da temperatura, demonstrando a formação de fases cristalinas a partir de 900°C. O sistema TeNbP foi explorado variando-se a concentração de NbP de 1, 2,5, 5, 10, 15 e 20 mol%, onde foram obtidas amostra cerâmicas com 1 mol% e amostra vitrocerâmica com 20 mol%, enquanto as concentrações restantes foram capazes de produzirem materiais vítreos transparentes. As análises estruturais demonstraram uma alteração da rede de TeO2 com a incorporação de NbP através da adição de espécies PO4 e NbO6 e a substituição de grupos TeO4 para TeO3+1 e TeO3. Tais modificações impactaram diretamente as propriedades térmicas, como observadas através da técnica de DSC, onde houve um aumento da Tg e da resistência frente a cristalização (Tg-Tx), sendo atribuído este fenômeno pela maior conectividade da rede vítrea através dos octaedros NbO6. Além disso, apresentaram um pequeno deslocamento da borda de absorção eletrônica vista pelas análises de absorção UV-Vis, para maiores comprimentos de onda, conforme a concentração de NbP aumentou, indicando um maior caráter covalente de ligação presente na rede. As energias de band-gap óptico direto e indireto foram calculadas através das curvas UV-Vis pelo método de Tauc-Plot, resultando em valores bem próximos entre si, contudo, diminuindo seu valor em função do aumento de NbP. Por fim, as propriedades óptica não-lineares do índice de refração não-linear (n2) e coeficiente de absorção de dois fótons (β) foram obtidas através da técnica de Z-Scan, resultando em valores de 10 a 30 vezes maiores de vidros comerciais à base de sílica.