Caracterizações estruturais e espectroscópicas de cerâmicas ferroelétricas de PLZT dopadas com íons de terras raras trivalentes / Structural and spectroscopy characterization of rare-earth doped PLZT ferroelectric ceramics

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2009

RESUMO

Recentemente, grande interesse tem sido demonstrado por cerâmicas transparentes dopadas com íons terras raras trivalentes, como meios ativos para lasers na região espectral do infravermelho próximo. Em particular, cerâmicas dopadas com altas concentrações de Nd3+ e Yb3+ são muito estudadas pela possibilidade de gerar emissão laser de alta potência em torno de 1,0 mm. Embora a cerâmica transparente de titanato zirconato de chumbo e lantânio (PLZT), com composição La/ Zr/Ti = 9/65/35, seja originalmente reconhecida por suas propriedades ferroelétricas e eletro-ópticas, a mesma também apresenta características interessantes como matriz hospedeira de íons oticamente ativos. Recentemente, de Camargo et al. realizaram vários estudos espectroscópicos que comprovam a potencialidade laser de amostras dopadas com Yb3+, Er3+, Tm3+ e em especial Nd3+. Apesar de a cerâmica PLZT:Nd ser a mais promissora, se comparada a líder de mercado YAG:Nd (sistema ítrio-alumínio garnet dopado com neodímio), ainda não foi possível obter ação laser da primeira, devido à presença de fases espúrias (imperceptíveis a olho nu), que comprometem a qualidade óptica do material, especialmente para concentrações de dopagem maiores que 1,0% peso de Nd2O3. Uma vez que a qualidade estrutural tem implicação direta na qualidade óptica/espectroscópica de materiais ópticos, faz-se necessário estender os estudos visando otimizar a obtenção de amostras transparentes com mais altos níveis de dopagem. Neste trabalho apresenta-se um método alternativo para a dopagem da matriz PLZT com os íons TR = Nd3+ e Yb3+, e utiliza-se de várias técnicas (DR-X, DTA-TG, FT-IR, Raman, RMN e Luminescência), para caracterizar os compostos precursores e/ou produtos. O novo método baseia-se na obtenção prévia de óxidos precursores dopados, seguida da utilização destes para o preparo das cerâmicas PLZT:TR. As caracterizações foram conduzidas em função da concentração de dopantes (0,1 4,0% peso TR2O3), comparativamente ao método de dopagem convencional utilizado nos trabalhos anteriores. A espectroscopia de ressonância magnética nuclear em sólidos em 207Pb, mostrou-se uma ferramenta bastante útil na elucidação de questões estruturais desses sistemas tão complexos. Como os íons paramagnéticos Nd3+ e Yb3+ não podem ser diretamente acessados por RMN, a estratégia para caracterizar suas distribuições espaciais foi investigar suas respectivas mímicas diamagnéticas Y3+ e Sc3+ (núcleos 45Sc e 89Y). Resultados de DR-X apresentam menor formação de fase secundária nas amostras preparadas via método alternativo, sendo identificado as fases secundárias como (La,Nd)2(Zr,Ti)2O7 (estrutura do tipo pirocloro), ZrO2 em fase parcialmente monoclínica e cúbica e ZrO2 em fase cúbica, das amostras dopadas com Nd3+, Y3+ e Yb3+, respectivamente. De acordo com os resultados de DR-X, experimentos de RMN permitiram melhor avaliação quanto a inserção do íon dopante a medida que há formação de fase secundária e mostraram que a inserção dos íons dopantes é homogênea, bem como resultados de luminescência, com o limite de solubilidade do íon dopante sempre menor do que o necessário para que seja observado supressão da luminescência dos íons emissores.

ASSUNTO(S)

solid state nmr plzt transparent ceramics rare earth ions 1. cerâmicas transparentes de plzt. 2 .Íons de terras raras. 3. rmn de estado sólido. 4. meios ativo laser active media

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