Dissilicato de cálcio e magnésio dopado com manganês ou európio como luminóforos para LED de luz branca quente

Abstract

Os WLEDs (White Light Emitting-Diodes – diodos emissores de luz branca) têm ganhado cada vez mais protagonismo na iluminação de ambientes, por conta de suas diversas vantagens sobre os seus antecessores, a luz incandescente, fluorescente e fosforescente. No entanto, atualmente os WLEDs mais comercializados são fabricados com chips de InGaN recobertos pelo luminóforo YAG:Ce3+, que apresenta luz branca fria. Para períodos noturnos, esse tipo de iluminação mostra-se prejudicial para a regulação do ciclo circadiano, uma vez que a região espectral do azul inibe a secreção do hormônio melatonina. Esse trabalho teve como principal foco o estudo da matriz Ca2MgSi2O7 dopada com Mn2+ e Eu3+, ambos emissores na região do vermelho, o que carece na luz branca fria e com uma matriz hospedeira constituída de elementos bastante abundantes, que formam um composto de alta resistência química e física. Para a síntese utilizou-se a reação no estado sólido, que embora exija temperaturas elevadas, não requer solventes, gerapoucos resíduos e menores defeitos de retículo. Os desafios encontrados foram a formação de fases espúrias para todos as amostras, que puderam ser diminuídas com o posterior tratamento térmico das amostras, a presença de emissões não identificadas para os dois íons ativadores, podendo ser pertencentes às fases espúrias, a sítios do Ca2MgSi2O7 – que apresenta uma estrutura incomensurável com três sítios de Ca2+ não equivalentes – ou até mesmo diferentes números de oxidação. Como emissores no vermelho para a aplicação em iluminação no estado sólido, ambos os materiais apresentam potencial, sendo o Mn2+ capaz de ter a cor da sua emissão ajustável para o laranja ou para o vermelho profundo com a concentração do íon ativador e o Eu3+ com uma boa intensidade de emissão.

White Light Emitting-Diodes (WLEDs) have increasingly gained prominence in ambient lighting due to their advantages over their predecessors, incandescent, fluorescent and phosphorescent light. However, currently the most commercialized WLEDs are manufactured with InGaN chips covered by the YAG:Ce3+ luminophore, which emits cold white light. At night, this type of lighting affects the regulation of the circadian rythm since the blue spectral region inhibits the secretion of the hormone melatonin. This work's main focus was the study of Ca2MgSi2O7 doped with Mn2+ and Eu3+, both emitters in the red region, which is lacking in cold white light and with a host matrix made up of abundant elements, that form a compound of high chemical and physical resistance. The synthesis method was a solid state reaction, which, although it needs high temperatures, does not require solvents, generates little waste and fewer defects in the structure. The challenges encountered were the formation of spurious phases for all samples, which were reduced by annealing the samples, the presence of unidentified emissions for the two activating ions, that could belong to spurious phases, and Ca2MgSi2O7 sites – which present an incommensurable structure with three non-equivalent Ca2+ sites – or even different oxidation numbers. Both materials have potential as red emitters for application in solid state lighting, being the Mn2+ capable of having the color of its emission tunable to orange or deep red with the concentration of the activating ion and Eu3+ with a good emission intensity.