Caracterização pelo método de Rietveld e Análise das propriedades fotoluminescentes de Hematita (α-Fe2O3): pura e dopada com íons Eu3+
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Data
2019-09-02
Autores
Stanhaus, Cristian
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Resumo
Dentre os semicondutores metálicos, os óxidos de ferro se destacam como um dos mais importantes para aplicações tecnológicas, sendo que tais aplicações são, fundamentalmente, devidas sua diversidade de propriedades químicas, elétricas, magnéticas, físico-químicas e morfológicas. A α-Fe2O3 (Hematita), é o óxido metálico semicondutor mais abundante e barato que podemos obter, e suas propriedades estão diretamente relacionadas com as dimensões e morfologias de suas estruturas. Nesse trabalho, pós de α-Fe2O3 e α-Fe2O3:Eu3+ foram preparados utilizando FeO(OH) (Goetita) como material precursor e diferentes proporções de Eu2O3, por moagem de alta energia. Os pós foram moídos a seco durante 15, 30 e 45 horas. A difração de raios X foi usada para avaliar o comportamento da transição de fase entre Goetita e Hematita. O método de Rietveld com dados de difração de raio X foi utilizado para quantificar a transição de fase e as variações na estrutura cristalina. As técnicas de adsorção/dessorção de nitrogênio (BET), espectroscopia de fotoluminescência e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier foram utilizadas para complementação dos resultados. A análise pelo método de Rietveld demonstrou que o processo de moagem de 45 horas ocasionou a formação de α-Fe2O3 100 wt % para a amostra sem Eu2O3, 98,25 wt% para a amostra com 5 wt% de Eu2O3, e 93,82 wt% para a amostra com 10 wt% de Eu2O3. Além disso, o refinamento também mostrou um aumento no volume da cela unitária, redução no tamanho dos cristalitos e aumento das microdeformações para as amostras com Eu2O3. Foi confirmado a desidroxilação da Goetita e a transição de fase para Hematita pela análise dos dados do FTIR. Há um crescimento de 25% na área superficial (>19,57 m2/g) para a amostra com 10 wt% de Eu2O3 em relação a amostras pura. Os materiais contendo Eu3+ apresentaram fotoluminescência na faixa visível, entre 550 e 735 nm com banda de emissão atribuída às transições f-f dos íons Eu3+. A emissão de banda mais intensa com máximo em torno de 614 nm é atribuída ao 5D0 → 7F2 de Eu3+, tornando este material um interessante absorvente na região uv-vis com emissão intensa no visível através do mecanismo de emissão downshifting.
Among the metal semiconductors, iron oxides stand out as one of the most important for technological applications. Such applications are fundamentally due to their diversity of chemical, electrical, magnetic, physicochemical and morphological properties. The α-Fe2O3(Hematite) is the most abundant and cheap semiconductor metal oxide we can get, and its properties are directly related to the dimensions and morphologies of its structures. In this research, the α-Fe2O3and α-Fe2O3:Eu3+ powders were prepared using FeO(OH)(Goethite) and different proportions of Eu2O3by high energy milling. The powders were dry milled for 15, 30 and 45hours. X-ray diffraction was used to evaluate the behavior of the phase transition between Goethite and Hematite. The Rietveld method with X-ray diffraction data was used to quantify the phase transition, and changes in the parameters of the crystal structure. Nitrogen adsorption/desorption (BET) techniques, photoluminescence spectroscopy at room temperature under excitation at 250, 270, 394 and 384 nm, and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) were used to complement the results. Analysis by the Rietveld method showed that45 hoursgrinding process caused the formation of 100 wt% α-Fe2O3for the sample without Eu2O3, 98.25 wt% for the sample with 5 wt% Eu2O3, and 93.82 wt % for the sample with 10 wt% Eu2O3. Also, an increase in unit cell volume,a reduction in crystallite size, and an increase in micro deformations for Eu2O3samples. Goetite dehydroxylation and phase transition to Hematite were confirmed by FTIR data analysis.Through the BET analysis it was possible to observe a 25% growth in the surface area (> 19.57 m2/g) for the sample with 10 wt% Eu2O3relative to pure sample. The materials containing Eu3+presented photoluminescence in the visible range, between 550 nm and 735 nm with emission band attributed to the f-ftransitions of Eu3+ions. The emission of the most intense band with a maximum around 614 nm is attributed to the 5D0→ 7F2of Eu3+, making this material an interesting absorbent in the uv-vis region with intense emission in the visible through the downshifting emission mechanism.
Among the metal semiconductors, iron oxides stand out as one of the most important for technological applications. Such applications are fundamentally due to their diversity of chemical, electrical, magnetic, physicochemical and morphological properties. The α-Fe2O3(Hematite) is the most abundant and cheap semiconductor metal oxide we can get, and its properties are directly related to the dimensions and morphologies of its structures. In this research, the α-Fe2O3and α-Fe2O3:Eu3+ powders were prepared using FeO(OH)(Goethite) and different proportions of Eu2O3by high energy milling. The powders were dry milled for 15, 30 and 45hours. X-ray diffraction was used to evaluate the behavior of the phase transition between Goethite and Hematite. The Rietveld method with X-ray diffraction data was used to quantify the phase transition, and changes in the parameters of the crystal structure. Nitrogen adsorption/desorption (BET) techniques, photoluminescence spectroscopy at room temperature under excitation at 250, 270, 394 and 384 nm, and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) were used to complement the results. Analysis by the Rietveld method showed that45 hoursgrinding process caused the formation of 100 wt% α-Fe2O3for the sample without Eu2O3, 98.25 wt% for the sample with 5 wt% Eu2O3, and 93.82 wt % for the sample with 10 wt% Eu2O3. Also, an increase in unit cell volume,a reduction in crystallite size, and an increase in micro deformations for Eu2O3samples. Goetite dehydroxylation and phase transition to Hematite were confirmed by FTIR data analysis.Through the BET analysis it was possible to observe a 25% growth in the surface area (> 19.57 m2/g) for the sample with 10 wt% Eu2O3relative to pure sample. The materials containing Eu3+presented photoluminescence in the visible range, between 550 nm and 735 nm with emission band attributed to the f-ftransitions of Eu3+ions. The emission of the most intense band with a maximum around 614 nm is attributed to the 5D0→ 7F2of Eu3+, making this material an interesting absorbent in the uv-vis region with intense emission in the visible through the downshifting emission mechanism.
Abstract
Descrição
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa
de Pós-graduação em Física Aplicada da
Universidade Federal da Integração Latino-
Americana (PPGFISA-UNILA) como parte dos
requisitos necessários para obtenção do título de
Mestre em Física Aplicada.
Orientador: Prof. Dr. Márcio de Sousa Góes
Palavras-chave
Hematita, Moagem de alta energia, Método de Rietveld, Fotoluminescência
Citação
STANHAUS, Cristian. Caracterização pelo método de Rietveld e Análise das propriedades fotoluminescentes de Hematita (α-Fe2O3): pura e dopada com íons Eu3+. 2019. 84p. Dissertação de Mestrado ( Programa de Pós-graduação em Física Aplicada) - Universidade Federal da Integração Latino-Americana (Unila), Foz do Iguaçu, 2019