Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/64816
Type: Tese
Title: Silicatos e Germanatos de terras raras: propriedades estruturais, ópticas, elétricas e vibracionais dos sistemas Sr2RE8(SiO4)6O2, (Sc,In)2Ge2O7 e Sc2-xLaxGe2O7
Other Titles: Rare earth silicates and germanates: structural, optical, electrical and vibrational properties of Sr2RE8(SiO4)6O2, (Sc,In)2Ge2O7 and Sc2-xLaxGe2O7 systems
Authors: Jéssica Ivone Viegas
First Advisor: Anderson Dias
First Referee: Kisla Prislen Félix Siqueira
Second Referee: Jefferson Luis Ferrari
Third Referee: Luciano Andrey Montoro
metadata.dc.contributor.referee4: Marcelo Machado Viana
Abstract: A presença de terras raras, nas mais diversas matrizes, tem despertado interesse científico e econômico, devido ao potencial das propriedades destes materiais frente à crescente demanda por alta tecnologia, os quais podem ser aplicados em dispositivos magnéticos e luminescentes, e como materiais para eletrólitos de células a combustível. Por isso, neste trabalho, foram investigadas as propriedades estruturais, ópticas, elétricas e vibracionais dos sistemas Sr2RE8(SiO4)6O2, (Sc,In)2Ge2O7 e Sc2-xLaxGe2O7. Os silicatos e germanatos de terras raras foram obtidos por reação em estado sólido e investigados por diversas técnicas para entender o comportamento das terras raras nestas matrizes. Para as apatitas Sr2RE8(SiO4)6O2(RE = La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Er, Yb, Y) foram empregadas as espectroscopias Raman e de refletividade no infravermelho, para determinar os modos vibracionais característicos e as propriedades dielétricas intrínsecas, as quais puderam ser comparadas a valores extrínsecos obtidos por medidas diretas. Além disso, as propriedades ópticas das apatitas foram estudadas por espectroscopia por reflectância difusa e fotoluminescência de emissão e excitação. Estas técnicas se mostraram complementares para identificar as transições intraconfiguracionais das cerâmicas em estudo. Adicionalmente, a espectroscopia por reflectância difusa se mostrou uma técnica mais completa e acessível para estudar as propriedades ópicas e determinar as posições das bandas de transição de carga e energias de band gap. Para os germanatos de índio e escândio, a caracterização química e estrutural foi feita por difração de raios X e microscopia eletrônica de transmissão. Ambos os materiais tiveram suas propriedades vibracionais investigadas em condições ambiente por Raman e espectroscopia no infravermelho e foram submetidos a altas pressões para que fosse observada uma transição de fase do tipo grupo subgrupo. Por fim, para o sistema Sc2-xLaxGe2O7 (0.00 ≤ x ≤ 2.00), os dados experimentais de difração de raios X foram analisados por refinamento Rietveld para determinar cada uma das fases presentes no sistema e identificar os intervalos onde soluções sólidas são formadas. A evolução do sistema foi também investigada por espectroscopia Raman e no infravermelho médio, que auxiliaram a compreensão da transformação de fase por variação na composição. Finalmente, medidas de espectroscopia por refletância difusa foram realizadas para que as energias de band gap pudessem ser obtidas e discutidas em termos da composição do sistema. Todos os resultados obtidos completam lacunas existentes na literatura ou inserem conhecimentos inexistentes sobre as propriedades dos silicatos e germanatos de terras raras, ampliando as possibilidades de aplicações futuras.
Abstract: The presence of rare earth elements in the most diverse hosts has increased scientific and economic interest, due to the great potential of the properties of these materials in the face of the growing demand for high technology, which can be applied as magnetic and luminescent devices, and as fuel cell electrolyte materials, for example. Therefore, in this work, the structural, optical, electrical and vibrational properties of Sr2RE8(SiO4)6O2, (Sc,In)2Ge2O7 and Sc2-xLaxGe2O7 systems were investigated. Rare earth silicates and germanates were obtained by conventional solid-state reaction route and investigated by several techniques to better understand the behavior of rare earth elements in these hosts. For the apatites Sr2RE8(SiO4)6O2(RE = La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Er, Yb, Y), Raman and far-infrared reflectivity spectroscopies were used to determine the characteristic vibrational modes and the intrinsic dielectric properties, which could be compared to extrinsic values obtained by direct measurements. Furthermore, the optical properties of apatites were studied by diffuse reflectance and photoluminescence emission and excitation spectroscopies. These techniques proved to be complementary on the identification of intraconfigurational transitions for all ceramics under study. Additionally, diffuse reflectance spectroscopy proved to be a more complete and accessible technique for studying optical properties and determining the positions of charge transfer bands and band gap energies. For indium and scandium germanates, chemical and structural characterization was carried out by X-ray diffraction and transmission electron microscopy. Both materials had their vibrational properties investigated under ambient conditions by Raman and infrared spectroscopy and were subjected to high pressures so that a group-subgroup phase transition was observed. Finally, for the Sc2-xLaxGe2O7 system (0.00 ≤ x ≤ 2.00), the experimental X-ray diffraction data were analyzed by Rietveld refinement to determine each of the phases present in the system and identify the intervals where solid solutions are formed. The evolution of the system was also investigated by Raman and mid infrared spectroscopies, which helped to understand the phase transformation due to variation on the composition. Finally, diffuse reflectance spectroscopy measurements were performed so that band gap energy values could be obtained and discussed in terms of the system composition. All the results obtained fill existing gaps in the literature or add non-existent knowledge about the properties of rare earth silicates and germanates, expanding the possibilities for future applications.
Subject: Físico-química
Silicatos
Terras raras
Compostos de metais de terras raras
Raman, Espectroscopia de
Espectroscopia de infravermelho
Semicondutores de gap largo
Raios X – Difração
Material cerâmico
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/64816
Issue Date: 2-Feb-2024
Appears in Collections:Teses de Doutorado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Tese_JéssicaViegas.pdfTese de doutorado - Jéssica Viegas11.64 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons