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Document Type: Tese
Title: Produção e caracterização de filmes compósitos de poliestireno e cintiladores para aplicação em detectores de radiação
Authors: Coura, Rayssa Lima Costa
Issue Date: 4-Nov-2022
Advisor: Valerio, Mário Ernesto Giroldo
Resumo : Neste trabalho foram produzidos filmes compósitos autossustentáveis de partículas de BaF2 e LiYF4:Ln3+ (Ln = Tb, Ce), incorporadas separadamente, em matriz de poliestireno (PS). Os fluoretos foram sintetizados pelo método hidrotermal assistido por micro-ondas. As fases cristalinas dos pós foram caracterizadas por difração de raios X (DRX). A morfologia e o tamanho das partículas foram investigadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), revelando a formação de nanopartículas para o BaF2 e micropartículas para o LiYF4. Para os filmes de PS e BaF2, medidas de fotoluminescência (PL) mostraram que éxcitons autoarmadilhados das nanopartículas de BaF2 incorporadas na matriz polimérica são excitados a 5,6 eV, devido ao efeito sinérgico, envolvendo efeito antena e transferência de energia Förster. A partir das coordenadas cromáticas, observou-se que a luz de emissão pode ser sintonizável em diferentes tons de cores entre azul e verde, tornando os filmes úteis para novas aplicações em dispositivos emissores de luz. Para os filmes de PS e LiYF4:Ln3+ , os resultados de fotoluminescência mostraram que a co-dopagem com Tb,Ce leva a um forte aumento na emissão verde do Tb. Essa emissão é compatível com a sensibilidade espectral do sensor de imagem dos dispositivos de carga acoplada (CCD). Medidas de radioluminescência (RL) foram realizadas para investigar a eficiência da emissão de luz dos filmes sob excitação de raios X. A microestrutura da seção transversal de fratura dos filmes foi analisada através de microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS) e mapeamento por fluorescência de raios X (XRF) e por luminescência óptica excitada por raios X (XEOL). As imagens obtidas mostraram que a concentração da solução precursora de poliestireno afeta a distribuição do cintilador no corpo dos filmes e, consequentemnte, influencia o processo de emissão. Os resultados indicam que os filmes são potenciais candidatos para uso em dispositivos cintiladores com alta eficiência.
Abstract: In this work, self-sustainable composite films based on BaF2 and LiYF4:Ln3+ (Ln = Tb, Ce) particles, embedded separately, in polystyrene (PS) matrix were produced. The fluorides were synthesized through the microwave-assisted hydrothermal method. The crystalline phases of powders were characterized by X-ray diffraction (XRD). The morphology and particles size were investigated by scanning electron microscopy (SEM), revealing the formation of nanometric particles for BaF2 and micrometric particles for LiYF4. For PS and BaF2 films, photoluminescence (PL) analysis showed that self-trapped excitons of BaF2 nanoparticles incorporated into the polymeric matrix are excited at 5.6 eV, due to a synergistic effect, involving antenna effect and Förster energy transfer. From chromatic coordinates it was possible to observe that the light emission can be tuned to different shades of colors between blue and green, making the films useful for new applications on light emitting devices. For PS and LiYF4:Ln3+ films, photoluminescence results showed that codoping with Ce,Tb leads to a strong increase in green emission of Tb. This emission is suitable to the spectral sensitivity of charge coupled devices (CCD) image sensor. Radioluminescence (RL) measurements were performed in order to investigate the efficiency of light output under X-ray excitation. The microstructure fracture cross-section of the films was performed by scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), X-ray fluorescence (XRF) and X-ray excited optical luminescence (XEOL) mapping. The images showed that concentration of polystyrene precursor solution affects the scintillator distribution on the film body influencing, consequently, the efficiency of emission process. The results indicate that the films are potential candidates for use in scintillator devices with high efficiency.
Keywords: Filmes finos
Propriedades óticas
Fluoretos
Poliestireno
Luminescência
Filmes compósitos
Fluoreto de bário (BaF2)
Fluoreto de lítio e ítrio (LiYF4)
Composite films
Polystyrene
Luminescence
Subject CNPQ: ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Sponsorship: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
Language: por
Institution: Universidade Federal de Sergipe (UFS)
Program Affiliation: Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
Citation: COURA, Rayssa Lima Costa. Produção e caracterização de filmes compósitos de poliestireno e cintiladores para aplicação em detectores de radiação. 2022. 115 f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2022.
URI: http://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/17553
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