Síntese e caracterização de filmes maleáveis luminescentes de CaTiO3:Pr

Abstract

A contínua evolução da optoeletrônica exige dispositivos luminescentes cada vez mais versáteis, leves, duráveis e sustentáveis. Devido sua intensa emissão na região do vermelho, materiais dopados com Eu tem sido bastante utilizados para a fabricação de luminóforos vermelhos. Alternativamente, existe outro elemento de terra rara que se destaca por sua emissão com a mesma tonalidade: Pr, uma alternativa mais abundante, menos tóxica sua extração e mais barata. Considerando a aplicabilidade do íon de Pr em uma matriz hospedeira, pode-se depositá-lo em um filme flexível à base de amido de mandioca, assim mantendo a sua luminescência e o colocando em uma matriz maleável e biodegradável, assim se tornando bastante interessante para a finalidade de sensores vestíveis e displays maleáveis. Desta forma, este trabalho teve como objetivo a síntese e caracterização de filmes maleáveis luminescentes baseados em CaTiO₃:Pr³⁺. O material foi sintetizado pelo método dos precursores poliméricos, e parte dele foi revestido com sílica via processo sol-gel, formando o compósito CaTiO₃:Pr@SiO₂. Os filmes flexíveis foram produzidos a partir de uma mistura de amido de mandioca, glicerol e os pós luminescentes. As amostras foram caracterizadas por espectroscopia de fluorescência, análise colorimétrica, medidas de tempo de vida e termometria óptica. Os resultados mostraram que a presença da casca de sílica aumentou significativamente a intensidade de emissão e o tempo de vida da luminescência, além de reduzir a energia de ativação do material, indicando maior estabilidade térmica. As coordenadas colorimétricas confirmaram a emissão no vermelho, com leve influência do filme de amido. Concluiu-se que os filmes produzidos apresentam potencial para aplicação em dispositivos luminescentes flexíveis, com aumento na intensidade de emissão proporcionada pelo revestimento de sílica.

The continuous evolution of optoelectronics demands increasingly versatile, lightweight, durable, and sustainable light-emitting devices. Due to their intense emission in the red region, Eu-doped materials have been widely used for the fabrication of red phosphors. Alternatively, there is another rare-earth element that stands out for its emission in the same tone: Pr, a more abundant, less toxic to extract, and cheaper alternative. Considering the applicability of the Pr ion in a host matrix, it can be deposited in a flexible film based on cassava starch, thus maintaining its luminescence and placing it in a malleable and biodegradable matrix, making it highly interesting for the purpose of wearable sensors and flexible displays. Therefore, this work aimed to synthesize and characterize luminescent flexible films based on CaTiO₃:Pr³⁺. The material was synthesized by the polymeric precursor method, and part of it was coated with silica via a sol-gel process, forming the CaTiO₃:Pr@SiO₂ composite. The flexible films were produced from a mixture of cassava starch, glycerol, and luminescent powders. The samples were characterized by fluorescence spectroscopy, colorimetric analysis, lifetime measurements, and optical thermometry. The results showed that the presence of the silica shell significantly increased the emission intensity and the luminescence lifetime, in addition to reducing the activation energy of the material, indicating greater thermal stability. The colorimetric coordinates confirmed the red emission, with a slight influence from the starch film. It was concluded that the produced films show potential for application in flexible luminescent devices, with an increase in emission intensity provided by the silica coating.