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A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 4. Física da Matéria Condensada

INVESTIGAÇÃO DAS PROPRIEDADES ÓPTICAS EM VIDROS ALUMINATO DE CÁLCIO COM BAIXA CONCENTRAÇÃO DE SÍLICA DOPADOS COM TIO2.

 

Cleiton Feitosa do Nascimento 1
Luis Humberto da Cunha Andrade 1
Andressa Novatski 2
(1. Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul/UEMS; 2. Universidade Estadual de Maringá/UEM)
INTRODUÇÃO:

As propriedades ópticas de materiais dopados com metais de transição na configuração 3d1 tem sido motivo de estudos. Os materiais dopados com esses íons possuem características interessantes, como alto ganho óptico da região do visível ao infravermelho próximo; banda larga de emissão, que possibilita a emissão laser sintonizável; tempos ultracurtos de chaveamento óptico e ausência de absorção do estado excitado, devido a esta configuração possuir somente um nível excitado 3d. As vantagens destes materiais foram exploradas em muitos estudos que conduzem a aplicações promissoras, como lasers pulsados de pulsos ultra-curtos. Como resultado, é essencial a investigação de novos materiais dopados com diferentes metais de transição na configuração 3d1. Neste trabalho, investigaremos as propriedades ópticas dos vidros aluminato de cálcio com baixa concentração de sílica (LSCAS) dopados em diferentes concentrações de TiO2. Os vidros LSCAS apresentam características interessantes, por exemplo, baixa energia de fônon, alta condutividade térmica e baixa concentração de OH-. Para a caracterização e a análise da viabilidade da aplicação óptica das amostras, foram realizados experimentos de Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE), Absorção Óptica, Luminescência e medidas de Tempo de Vida a 77 K e a temperatura ambiente.

METODOLOGIA:

As amostras foram preparadas fundindo a vácuo o vidro LSCAS, com diferentes concentrações de TiO2, a uma temperatura de aproximadamente 1600 0C. A composição em peso das amostras foram de 41,5% Al2O3, 47,4% CaO, 7,0% SiO2, 4,1-X % MgO, onde X=0,25; 0,5; 1,0; 1,5; 2,6 e 4,1% de TiO2. As medidas de absorção óptica foram realizadas a temperatura ambiente no espectrofotômetro Cary 17 Varian, de feixe duplo, na região espectral de 250nm à 1700nm. A luminescência foi realizada excitando as amostras com um laser de Kr+ Coherent Innova 200 com comprimento de onda de 337,5-356,4nm, este experimento teve como objetivo identificar as bandas de emissão, assim como o perfil da seção de choque e largura da linha de emissão óptica.Também foram medidos os tempos de vida das amostras, sendo estas medidas de grande importância, pois nos fornece informações sobre o tempo de decaimento radioativo de um determinado estado, informando o tempo de permanência do elétron no estado eletrônico metaestável. As medidas de Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE) foram obtidas com uma freqüência de 9,3 GHz, modulação de 100KHz e uma potência de microondas de 2mW, estas medidas foram usadas para verificar a existência dos íons de titânio nos vidros LSCAS.

RESULTADOS:

Os espectros de absorção óptica das amostras apresentam bandas de absorção na região do UV próxima ao azul, o que de acordo com a literatura está relacionado aos íons de Ti3+. Os espectros de luminescência das amostras dopadas com 0,25% e 0,5% TiO2 com excitação de 356,4nm apresentam uma banda larga de emissão próxima de 450nm e tempo de vida <10ms à temperatura ambiente e 77 K, enquanto as amostras dopadas com concentração de TiO2 maior que 1,0%, apresenta uma banda larga de emissão próxima de 650nm. Os valores dos tempos de vida destas amostras a temperatura ambiente e 77 K são aproximadamente 180ms e 2ms, respectivamente. De acordo com estes resultados, a valência dos íons de titânio depende da concentração de TiO2 no vidro LSCAS, de forma que os íons de Ti3+ podem ser obtidos usando uma concentração de TiO2 maior que 1.0% . Alem disso, os altos valores dos tempos de vida das amostras dopadas com Ti3+ podem estar relacionados a defeitos na estrutura dos vidros LSCAS. As medidas de EPR foram obtidas para amostras dopadas com 1,0% e 1,5% de TiO2, sendo que para estas amostras uma única linha de simetria aparece ligeiramente centrada em g=1,95. As linhas EPR com ~1,93 estão associadas ao íon do Ti3+ e tem sido reportado para muitos vidros óxidos e fluoretos dopados com titânio. Estes resultados confirmam a existência de íons de Ti3+ nas amostras.

CONCLUSÕES:

As propriedades espectroscópicas dos vidros alumínio silicato dopados com TiO2 foram estudadas. Os resultados de EPR, absorção e luminescência mostram que há a formação de íons de Ti3+. A luminescência do Ti4+ (centrada em 450nm) e os íons Ti3+ (centrada em 650nm) mostram que a valência do titânio depende da concentração de TiO2. Com o aumento da concentração de TiO2, nota-se a o aumento da concentração de íons de Ti3+ e a diminuição da concentração de íons de Ti4+. O tempo de vida tem um comportamento não-exponencial e os valores obtidos (180ms na temperatura ambiente e 2ms na temperatura de 77K) são muito maiores que do Ti3+:Safira, cujo tempo de vida é de 4ms. Estes altos valores do tempo de vida podem estar relacionados com defeitos estruturais nas amostras.

Instituição de fomento: UEMS/MCT/CNPq
Trabalho de Iniciação Científica  
Palavras-chave: óptica; metais de transição; luminescência.
Anais da 58ª Reunião Anual da SBPC - Florianópolis, SC - Julho/2006