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Document Type: Tese
Title: Otimização da estrutura e das propriedades luminescentes de materiais híbridos Eu3+:siloxano– polimetacrilato a serem aplicados em fotônica
Other Titles: Enhancement of the structure and luminescent properties of Eu3+:siloxane–polymethacrylate hybrid materials to be applied in photonics
Authors: Jesus, Filipe Augusto de
Issue Date: 30-Aug-2019
Advisor: Sarmento, Victor Hugo Vitorino
Co-advisor: Caiut, José Maurício Almeida
Resumo : Nesta tese, analisou-se as influências de parâmetros experimentais sobre a estrutura e as propriedades luminescentes de materiais híbridos Eu3+:siloxano–polimetacrilato, os quais foram sintetizados pela combinação do processo sol-gel com a polimerização radicalar e dopados com cloreto de európio(III) hexaidratado. A composição da fase orgânica, a quantidade de dopante no híbrido, o conteúdo polimérico e a proporção da fase inorgânica foram ajustados e, como resultado, obteve-se uma evolução significativa da luminescência dos híbridos. Na primeira etapa do trabalho, a amostra com poli(metacrilato de metila) na fase orgânica demonstrou ser mais adequada à emissão dos íons Eu3+, tendo em vista a menor interação do dopante com grupos supressores de luminescência, a maior taxa de emissão radiativa e a eficiência quântica mais elevada. A análise da coordenação do Eu3+ nos híbridos demonstrou a ocupação preferencial de sítios em que há interações com carbonilas das cadeias poliméricas, entretanto, há formação de clusters de európio(III) quando a capacidade de coordenação da matriz híbrida é superada. Esses clusters são deletérios aos processos luminescentes porque favorecem a transferência de energia íon–íon por mecanismos não-radiativos, o que resultou em reduções nos tempos de vida, na taxa de emissão radiativa e na eficiência quântica da emissão do Eu3+. Por sua vez, o aumento na proporção polímero/sílica promoveu a dispersão mais eficiente dos íons dopante nas matrizes e modificou o ambiente químico pelo maior número de grupos carbonílicos na esfera de coordenação do Eu3+ nos híbridos com maiores conteúdos poliméricos. Essas alterações modificaram os perfis das curvas de decaimento de emissão, aumentaram a taxa de emissão radiativa e elevaram a eficiência quântica dos híbridos com maiores quantidades de polímero. Na última etapa deste trabalho, os resultados indicaram que o crescimento moderado da proporção de estruturas inorgânicas na composição das amostras não é deletério aos processos de emissão, o que ocorre apenas quando o parâmetro em questão é muito elevado. Em suma, a estrutura e as propriedades de emissão de híbridos Eu3+:siloxano-polimetacrilato foram otimizadas a partir do ajuste de parâmetros experimentais, tendo alcançado um aumento na eficiência quântica de 9,7 % no híbrido PHEMA para 35,2 % no TEOS0.
Abstract: In this thesis, the influences of experimental parameters on the structure and the luminescent properties of Eu3+:siloxane-polymethacrylate hybrid materials were analyzed. These materials were synthesized by combination of sol-gel process with radical polymerization and doped with hexahydrated europium(III) chloride. The organic phase composition, the dopant amount in the hybrid, the polymeric content and the inorganic phase proportion were tuned and, as result, a significant enhancement of the luminescence of the hybrid was achieved. In the first step of the work, the sample with poly(methyl methacrylate) in the organic phase was more suitable for Eu3+ emission, owing to: the lower interaction of the dopant ions with luminescence quenching groups, the larger radiative emission rate and the higher quantum efficiency. The analysis of Eu3+ coordination in the hybrids demonstrated the preferential occupation of sites in which there are interactions with carbonyls of polymeric chains, however, europium(III) clusters are formed when the host coordination ability is overcomed. These clusters are deleterious to luminescent processes because they favor the ion–ion energy transfer by non-radiative mechanisms, which resulted in decreases of lifetimes, radiative emission rates and quantum efficiencies of Eu3+ emission. In turn, the increase in the polymer/silica proportion promoted the more efficient dispersion of Eu3+ ions in the hosts and modified the chemical environment by the presence of more carbonyl groups at Eu3+ coordination sphere in hybrids with higher polymeric contents. These changes modified the profiles of emission decay curves, raised the radiative emission rate and increased the quantum efficiency of the hybrids with higher polymer content. In the last step of this work, the results indicated that the moderate proportion of inorganic structures in the composition of the samples is not deleterious to the emission processes, which occurs only when this parameter is very high. In short, the structure and the emission properties of Eu3+:siloxane-polymethacrylate hybrids were optimized by tuning the experimental parameters, achieving a huge quantum efficiency increase from 9,7 % in PHEMA hybrid to 35,2 % in TEOS0.
Keywords: Química
Materiais híbridos
Polímeros
Siloxanos
Luminescência
Íons
Siloxano–polimetacrilato
Eu3+
Otimização de parâmetros experimentais
Hybrid materials
Siloxane–polymethacrylate
Luminescence
Optimization of experimental parameters
Subject CNPQ: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Sponsorship: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
Language: por
Institution: UFS
Program Affiliation: Pós-Graduação em Química
Citation: JESUS, Filipe Augusto de. Otimização da estrutura e das propriedades luminescentes de materiais híbridos Eu3+:siloxano– polimetacrilato a serem aplicados em fotônica. 2019. 185 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, SE, 2019.
URI: http://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/11967
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