Relações de estrutura-propriedade de materiais inorgânicos luminescentes obtidos por método assistido por radiação micro-ondas

Resumo

Materiais inorgânicos conversores de energia estão em franco desenvolvimento e possuem fundamental importância na sociedade moderna na forma de células solares, baterias ópticas, LEDs para iluminação, dispositivos de armazenamento de memória digital, etc. Desde meados de 1990, estes materiais inorgânicos têm exercido um papel fundamental na tecnologia emergente de iluminação de estado sólido (solid state lighting, SSL). O PC-LED (phosphor converting lighting emitting diode) é uma combinação entre um LED (lighting emitting diode) que emite no UV próximo ou azul e um fósforo que absorve esta radiação e emite em comprimentos de onda mais longos (verde, amarelo e vermelho etc.)O desafio atual está no desenvolvimento de materiais luminescentes ativados por radiação solar, que possuem aplicação desde iluminação de emergência até diagnósticos de doenças e tumores.Além disso, na atual situação econômica mundial, alternativas de síntese menos dispendiosas energeticamente, aliadas a materiais de baixo custo, são de extrema necessidade, para garantir que o processo de obtenção dos materiais seja sustentável. A utilização de matéria prima barata e abundante e novas rotas sintéticas de baixo custo energético na obtenção de fósforos de alta qualidade, aliado a aplicação na tecnologia de iluminação de estado sólido, pode trazer economia energética significativa em níveis mundiais. Os luminóforos mais comumente utilizados para conversão de energia luminosa consistem de materiais inorgânicos oriundos de óxidos, nitretos, oxinitretos, oxisulfetos e fluoretos, que são normalmente dopados com íons terras raras (Ce3+ ou Eu2+). Estes íons possuem configurações eletrônicas [Xe]4f1 e [Xe]4f7 para os íons cério e európio, respectivamente. As cores de emissão destes íons são oriundas de transições interconfiguracionais (4f5d) que podem ser sintonizadas para regiões apropriadas do espectro visível e, portanto, dependem fortemente do campo ligante da matriz hospedeira. Alternativamente, outros íons, como metais de transição d (Ti, Mn, e Cr) possuem potencial para serem aplicados como ativadores em luminóforos, devido a seu baixo custo, abundância e facilidade de separação. Os íons que particularmente chamam a atenção na área de luminescência são o Ti, por possuir banda de emissão larga e sintonizável, na região do visível, e o Mn por possuir banda larga de emissão na região do vermelho.Neste projeto serão desenvolvidas novas rotas de obtenção de luminóforos para aplicação em conversão de energia luminosa, entre elas: i) Síntese em estado-sólido assistida por radiação micro-ondas e ii) Síntese de estado-sólido convencional (método cerâmico). Além do mais serão investigadas as propriedades espectroscópicas dos materiais luminescentes com base: i) No estudo das relações de estrutura-propriedade dos materiais; ii) na estrutura dos níveis de energia dos íons emissores envolvidos, bem como processos de transferência e migração de energia; iii) nas propriedades ópticas - tempos de vida (t) e rendimentos quânticos de emissão (qexp). Por fim, o projeto contempla a fabricação de dispositivos emissores de luz branca com os fósforos de alta qualidade, bem como o estudo das suas propriedades fotoluminescentes. Os mecanismos das reações inorgânicas assistidas por radiação micro-ondas serão estudados a partir da análise ex-situ e in-situ das reações utilizando a técnica de difração de raios X, visando correlacionar propriedades estruturais com eficiência luminescente. Também serão analisados os processos fotoluminescentes dos materiais obtidos a fim de facilitar o desenho de novos materiais luminescentes. (AU)