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Tipo de Documento: Tese
Título: Investigação de dopantes íons terras raras nos compostos ortofosfatos KMPO4 (M= Ba e Sr)
Autor(es): Barbosa Junior, Gilberto José
Data do documento: 26-Ago-2021
Orientador: Santos Rezende, Marcos Vinícius dos
Resumo: Os ortofosfatos KMPO4 (M = Ba e Sr) pertencem a um importante grupo de materiais luminescentes, que apresentam uma ampla faixa de aplicações ópticas quando dopados com os íons terras raras Yb, Dy, Tb, Eu, Sm, Pr e Ce. Esses materiais podem ser eficientemente excitados na região do ultravioleta próximo (NUV) e podem apresentar emissões na região do visível ou do infravermelho próximo (NIR), dependendo do dopante a ser utilizado. Por essas propriedades e pelo fato que os trabalhos experimentais, geralmente, não descrevem os mecanismos de defeitos que contribuem para uma maior eficiência da luminescência nessas estruturas, em razão das limitações de obtenção destas informações em medidas experimentais, foi necessário analisar as estruturas dos ortofosfatos KMPO4 (M = Ba e Sr) puro e dopados com íons terras raras trivalentes (RE3+) (RE = Yb, Dy, Tb, Eu, Sm, Pr e Ce) e divalente (Eu2+) via simulação atomística. Com esta modelagem, propriedades estruturais e de defeitos foram obtidas. Dessa forma, um novo conjunto dos parâmetros dos potenciais interatômicos foi obtido para reproduzir as estruturas desses compostos, onde apresentou boa concordância com os dados experimentais da literatura. Em seguida, mecanismos de defeitos intrínsecos e de incorporação dos dopantes RE3+ e Eu2+, e suas consequênciasforam investigados no KBaPO4 e no KSrPO4. Observou-se que, nos compostos puros, os defeitos intrínsecos mais favoráveis foram o anti-sítio KM'+MK(M = Ba e Sr) e o Frenkel de potássio. Além disso, os resultados sugerem que a incorporação provável dos dopantes é no sítio divalente (Ba/Sr). Prevê-se que o defeito intrínseco para neutralizar a carga em excesso gerado pelos dopantes trivalentes seja o anti-sítio KM', por possuir menor custo energético. Os processos de redução do európio (Eu3+ -> Eu2+) também foram investigados considerando quatro ambientes redutores (as atmosferas aberta, de CO, de N2 e de H2). Neste caso, o CO foi o agente mais eficaz para a redução do Eu3+. Observa-se que defeitos intrínsecos, sítios prováveis de incorporação e mecanismos de compensação de carga estão diretamente ligados às propriedades luminescentes desses ortofosfatos.
Abstract: KMPO4 (M = Ba and Sr) orthophosphates belong to an important group of luminescent materials, which have a wide range of optical applications when doped with the rare-earthions Yb, Dy, Tb, Eu, Sm, Pr, and Ce. These materials can be efficiently excited in the near ultraviolet (NUV) region and may present emissions in the visible or near-infrared (NIR) region, depending on the dopant to be used. For these properties and for the fact that experimental works generally do not describe the defect mechanisms that contribute to greater luminescence efficiency in these structures, due to the limitations of obtaining this information in experimental measurements, it was necessary to analyze the structures of pure KMPO4 (M = Ba and Sr) orthophosphates doped with rare-earth ions trivalent RE3+ (RE = Yb, Dy, Tb, Eu, Sm, Pr, and Ce) and divalent Eu2+, via simulation atomistic. With this modeling structural and defect properties were obtained. Thus, a new set of interatomic potential parameters was obtained to reproduce the structures of these compounds, which showed good agreement with experimental data in the literature. Then, intrinsic defects mechanisms and incorporation of trivalent RE3+ (RE = Yb, Dy, Tb, Eu, Sm, Pr, and Ce) and divalent Eu2+, and its consequences were investigated in KBaPO4 and KSrPO4. It was observed that, in the pure compounds, the most favorable intrinsic defects were the KM'+MK(M = Ba and Sr) anti-site and the potassium Frenkel defect. Furthermore, the results suggest that the probable incorporation of dopants is at the divalent site (Ba/Sr). It is predicted that intrinsic defects to neutralize the excess charge generated by trivalent dopants is the KMʼ anti-site, as it has a lower energy cost. The reduction processes of europium (Eu3+ -> Eu2+) were also investigated considering four reduction-doping processes (the open atmospheres, CO, N2, and H2). In this case, CO reducing atmosphere is the most effective agent for Eu reduction. It is observed that intrinsic defects, the preferred incorporation sites, and charge compensation mechanisms are directly associated with the luminescent properties of these orthophosphates.
Palavras-chave: Física
Ortofosfatos
Luminescência
Defeitos
Simulação atomística
Redução do európio
Defects
Atomistic simulation
Luminescence
Europium reduction
área CNPQ: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Agência de fomento: Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq
Idioma: por
Sigla da Instituição: Universidade Federal de Sergipe
Programa de Pós-graduação: Pós-Graduação em Física
Citação: BARBOSA JUNIOR, Gilberto José. Investigação de dopantes íons terras raras nos compostos ortofosfatos KMPO4 (M= Ba e Sr). 2021. 113 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2021.
URI: https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/14719
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