Preparação e caracterização de vidros aluminato de cálcio com baixa concentração de sílica dopados com ´Nd IND.2´´O IND.3´ e ´Er IND.2´´O IND.3´

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Preparação e caracterização de vidros aluminato de cálcio com baixa concentração de sílica dopados com ´Nd IND.2´´O IND.3´ e ´Er IND.2´´O IND.3´
Autor: Juraci Aparecido Sampaio
Tomaz Catunda
Assuntos: VIDRO; LASER; TERRAS RARAS
Notas: Tese (Doutorado)
Descrição: O desenvolvimento de laseres de estado sólido compactos operando na região do infravermelho médio, entre 2 - 5 'mü'm, tem recebido considerável atenção nos últimos anos. Esses dispositivos oferecem grande potencial como fonte de luz para uma infinidade de aplicações, como por exemplo laseres para medicina e sensores químicos remotos. Laseres operando na região de 2.8 'mü'm tem interesse particular na medicina devido à forte banda de absorção da água nessa região espectral. Para se conseguir forte emissão laser próximo a 2.8 'mü'm têm sido investigadas famílias de vidros não-óxidos, como por exemplo vidros fluoretos de metais pesados e vidros chalcogenetos, dopados com 'Er POT.3+'. Entretanto esses vidros são caros, difíceis de serem feitos, além de serem tóxicos. Por essa razão o desenvolvimento de um vidro óxido seria ideal, já que são mais baratos, relativamente fáceis de serem produzidos, além de não serem tóxicos. A desvantagem dos vidros óxidos é a sua alta energia de fônons, quando comparada aos vidros haletos e chalcogenetos, que aumenta a taxa de transição não radiativa. Seria interessante investigar um sistema vitreo que tivesse propriedades otimizadas, ou seja, boas propriedades ópticas, térmicas e mecânicas, e baixa energia de fônons. O sistema vítreo aluminato de cálcio seria um candidato para essas aplicações, já que preenche essas exigências. Porém não há na literatura informações a respeito da influência de pequenas quantidades de elementos terras
raras nas propriedades desses vidros, e qual é a concentração ideal desses íons. ) O objetivo dessa tese foi investigar composições de vidros aluminato de cálcio (48,1 CaO : 40.8 'Al IND.2''O IND.3' : 4.1 MgO : 7.0 Si'O IND.2') dopados com 'Nd IND.2''O IND.3', 'Er IND.2''O IND.3' ou 'Yb IND.2''O IND.3', e verificar qual a influência desses íons nas propriedades ópticas, térmicas, mecânicas e termo-ópticas. Investigou-se também qual a influência da atmosfera de fusão. Com esse objetivo as amostras foram fundidas em cadinhos de grafite sob vácuo, e em cadinhos de platina, ao ar, ambas as fusões ocorreram a 1400 'GRAUS'C. As amostras foram investigadas através de difração de raios-X e microscopia óptica, cujos resultados confirmaram o estado amorfo das amostras preparadas. As amostras não apresentaram estrias e tiveram boa transparência óptica. Os espectros de transmitância mostraram que o processo de fusão a vácuo eliminou completamente a forte banda de absorção próxima a 3 'mü'm devida à água. O corte da transmitância na região do infravermelho ocorreu em 5.5 'mü'm, sendo independente do tipo do íon terra rara presente na composição do vidro. O índice de refração em 546.1 nm aumentou de 1.6702 (amostra base) para 1.6876 (amostra dopada com 8% de 'Er IND.2''O IND.3'). Este acréscimo no índice de refração é atribuído a um aumento da polarizabilidade eletrônica do vidro devido ao aumento de oxigênios non-bridging. ) A densidade aumenta de 2.92 g/'cm IND.3' (amostra
base) para 3.12 g/'cm IND.3' (amostra dopada com 8% de 'Er IND.2''O IND.3'), esse aumento é explicado levando em consideração a massa dos átomos terras raras, que são maiores em relação ao 'Al IND.2''O IND.3'. A dureza dos vidros aluminato de cálcio diminuiu de 865 kg/m'm POT.2' (amostra base) para 781 kg/m'm POT.2' (amostra dopada com 8% de 'Er IND.2''O IND.3'), ou seja aproximadamente 11% de decréscimo. No caso da temperatura de transição vítrea, Tg, esse decréscimo é de aproximadamente 8%, sendo '841 GRAUS'C para a amostra base e '782 GRAUS'C para a amostra dopada com 8% de 'Er IND.2''O IND.3'. Para o vidro base, a difusividade térmica foi de 5.75 x '10 POT.-3' 'cm POT.2'/s e a condutividade térmica foi de 15.5 x '10 POT.-3' W 'cm POT.-1' 'K POT.-1'. Tanto a difusividade quanto a condutividade térmica decresceram na mesma proporção da dureza e Tg, conforme substitui-se a alumina pelo óxido terra rara. Esta é uma indicação de que os átomos terras raras atuam como modificadores de rede, abrindo a estrutura do vidro, diminuindo a resistência mecânica e atuando como barreiras térmicas no material. A resistência ao choque térmico dos vidros aluminato de cálcio é de 339 W/m, semelhante aos vidros silicatos que é de 358 W/m, e aproximadamente quatro vezes maior que a dos vidros fluoretos, 86 W/m. Este resultado confirma a hipótese de que os vidros aluminato de cálcio podem suportar variações abruptas de temperatura. Através da espectroscopia de lente térmica foram obtidas
a eficiência quântica dos vidros aluminato de cálcio dopados com 'Nd IND.2''O IND.3' e 'Er IND.2''O IND.3'. No caso das amostras dopadas com concentrações menores de 3% de 'Nd IND.2''O IND.3' a eficiência quântica foi de aproximadamente 80%. ) Esses resultados indicam que os vidros aluminato de cálcio são excelentes candidatos para laseres de estado sólido e demais aplicações ópticas na região do infravermelho médio
Data de criação/publicação: 2001
Formato: 176 p.
Idioma: Português

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Juraci Aparecido Sampaio Tomaz Catunda

2001

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