Síntese e caracterização de materiais luminescentes de composição SrAl2O4:Pr3+, Zn2+ - Braunger, Helena [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2021)
Materiais nanoestruturados ganharam atenção dentre os luminóforos em razão da ampla gama de propriedades que adquirem na redução de escala. O aluminato de estrôncio é um material conhecido como boa matriz hospedeira de íons ativadores, com histórico de luminescência persistente. É bem estabelecido que a presença de defeitos na estrutura tenha influência na intensidade de luminescência do material, embora ainda não haja consenso no que diz respeito à sua natureza. Deste modo, o método de síntese, a dopagem e a concentração dos componentes se tornaram fontes de intensa pesquisa a fim de compreender seus papéis na luminescência dos materiais. O presente trabalho visou realizar a síntese e caracterização do SrAl2O4 puro, dopado com íons de Pr3+ e codopado com Zn2+ a fim de analisar a influência do codopante na luminescência do material. Nesse sistema, o átomo de zinco atua como um método de compensação de cargas para a substituição heterovalente de Sr2+ por Pr3+, diminuindo defeitos na estrutura. Os materiais foram sintetizados com êxito pelo método dos precursores poliméricos e suas propriedades estruturais e luminescentes foram estudadas através das técnicas cristalográficas de difração de raios X, espectroscopia Raman, espectroscopia de absorção de raios X e espectroscopia de fotoluminescência. A fase cristalina de simetria monoclínica do SrAl2O4 foi identificada na calcinação a 900 C para as amostras dopadas e os modos vibracionais desta fase foram confirmados sem alterações com a dopagem. Ademais, foi concluído que os íons Pr3+ foram inseridos nos sítios de Sr2+ e os íons de Zn2+ foram inseridos nos sítios de Al3+ com êxito. Nos espectros de emissão e excitação fotoluminescente foram observadas bandas correspondentes às transições eletrônicas características do íon Pr3+, com alta absorção na região do azul e emissões que variam do verde ao vermelho. Essencialmente, observou-se um aumento expressivo na intensidade de emissão e absorção após a inserção de Zn2+ no material, além de um prolongamento em seu tempo de decaimento, fenômenos causados pela melhoria na luminescência do material advindo de efeitos de compensação de cargas. Deste modo, o material cerâmico Sr0,99Pr0,01Al1,99Zn0,01O4 se mostrou eficiente para aplicações em iluminação de estado sólido, apresentando propriedades luminescentes superiores àquelas do material Sr0,99Pr0,01Al2O4.

Nanostructured materials have gained attention among phosphors due to the wide range of properties they acquire in the scale reduction. Strontium aluminate is a material known as a good host of activator ions, with a history of persistent luminescence. It is well established that structural defects have influence on the luminescence intensity of the material, although there is still no consensus regarding its nature. Therefore, the synthesis method, the doping composition and the components concentration became sources of intense research in order to comprehend their roles in the material luminescence. The present work aimed to perform the synthesis and characterization of SrAl2O4 pure, doped with Pr3+ ions and co-doped with Zn2+ aiming to analyse the co-doping influence. In this system, the zinc atom acts as a charge compensation method for the previous heterovalent substitution of Sr2+ by Pr3+, decreasing structural defects. The materials have been effectively synthesized with the polymeric precursor method. Its structural properties were analysed through the crystallographic techniques of X-ray diffraction, Raman spectroscopy and X-ray absorption spectroscopy. The luminescent properties of the samples were analysed using photoluminescence spectroscopy. The monoclinic crystalline phase for SrAl2O4 compounds were identified for the calcination at 900 C and the vibration modes of the phase were confirmed without any modifications for the doped systems. Moreover, it was concluded that the Pr3+ ions were inserted at the Sr2+ sites and the Zn2+ ions were inserted at the Al3+ sites with success. The excitation and emission spectra showed bands corresponding to characteristic electronic transitions of the Pr3+ ions, with high blue absorption and green to red emissions. Essentially, a significant increase in the emission and absorption intensity and a prolongation in its lifetime were observed with the insertion of Zn2+ in the material. Hence, the Sr0,99Pr0,01Al1,99Zn0,01O4 ceramic material can be considered efficient for solid-state lighting applications, with upper luminescent properties to those of the Sr0,99Pr0,01Al2O4 material.
Synthesis and characterization of luminescent materials with composition SrAl2O4:Pr3+, Zn2+
Keywords: Materiais luminescentes; Método dos precursores poliméricos; Aluminato de estrôncio; Praseodímio; Luminescent materials; Polymeric precursor method; Strontium aluminate; Praseodymium