Engenharia de micro- e nanomateriais dopados com lantanídeos

Em nosso grupo buscamos sintetizar nanopartículas através da engenharia de estruturas de nanomateriais, como por exemplo sintetizando materiais com múltiplas camadas [E. C. Ximendes et al. Adv. Funct. Mater. 2017, 27, 1702249], para otimização de emissões em regiões específicas. Em geral são sintetizados sistemas micro e nanoscópicos, principalmente dopados com íons terras raras, voltados para aplicações fotônicas.

Figura: Esquema simplificado do Tm³⁺, Yb³⁺ e Er³⁺ representando a excitação e decaimentos radiativos (linhas cheias), não radiativos (linhas onduladas), e possíveis relaxações cruzada e transferência de energia íon-íon (linhas tracejadas). Quando excitados em 690 nm, eles apresentam as emissões mostradas indicadas na figura que correspondem as emissões dos íons Tm³⁺ (1230 e 1470 nm), Yb³⁺ (1000 nm), e Er³⁺ (1550 nm). Inset: Representação esquemática da nanopartícula LaF₃:Er-Yb@Yb-Tm [E. C. Ximendes et al. Adv. Funct. Mater. 2017, 27, 1702249].

Espectroscopia de materiais fotônicos

 Outro foco do nosso grupo é investigar os efeitos da interação da luz com a matéria [U. Rocha et al. ACS Nano, vol 7, n°2, 1188-1199]  e suas potenciais aplicações nos diversos campos do conhecimento, principalmente na nanociência, na nanotecnologia e em bio-sistemas [E. C. Ximendes et al. Adv. Funct. Mater. 2017, 27, 1702249]. Dentre os diversos materiais que sintetizamos/ caracterizamos estão: vidros, cristais, microcristais e nanocristais dopados com íons terras-raras, pontos quânticos semicondutores, líquidos luminescentes, polímeros, etc.

Figura: (a) Espectro de emissão das nanopartículas LaF₃:Nd³⁺ obtidos em duas diferentes temperaturas (10 e 60°C, e normalizado pelo máximo de intensidade). (b) Detalhes do espectro de emissão das nanopartículas LaF₃:Nd³⁺ em torno de 864 nm obtidos nas temperaturas de 10 e 60°C. O deslocamento no espectro em função da temperatura é perceptível. (c) Razão das intensidades em 863 e 885 nm em função da temperatura. Os pontos são os dados experimentais e a linha é o melhor ajuste linear obtido. (d) Deslocamento do pico de emissão em 864 nm em função da temperatura. Os pontos são os dados experimentais e a linha é o melhor ajuste linear obtido [U. Rocha et al. ACS Nano, vol 7, n°2, 1188-1199].  

Figura: a) Injeção das nanopartículas LaF₃:Er-Yb@Yb-Tm em um rato CD1. b) Perfil de temperatura quando ocorre o b) aquecimento e c) resfriamento. d) Representação esquemática do experimento em vivo SDTI. Imagens de fluorescência da injeção das nanopartículas no rato obtida por meio de filtros band-pass colocados imediatamente após o início do processo de e) aquecimento e f) resfriamento.  As linhas pontilhadas representam metade do corpo do rato CD1 e serve como uma indicação de onde ocorre a injeção das nanopartículas [E. C. Ximendes et al. Adv. Funct. Mater. 2017, 27, 1702249]. 

Propriedades termo-ópticas e mecânicas da matéria condensada

O nosso grupo busca também investiga as propriedades térmicas dos materiais, tais como a difusividade e condutividade térmicas, o calor específico, dentre outros; e as propriedades ópticas [P. Y. Poma et al. Journal of Luminescence vol. 188, 18–23 (2017)] tais como luminescência, variações de índice de refração com  a temperatura e outros parâmetros, eficiência quântica de fluorescência, dentre outros, de diversos materiais ópticos, principalmente vidros, cristais, cerâmicas semitransparentes, polímeros, líquidos, etc.

Figura: Diagrama cromático da nanopartícula LaF₃:3Tm³⁺/xDy³⁺ (x=0.02, 0.1, 0.5, 1.0, e 2.0 mol%) sobre excitação em 360 nm. Inset: Coordenadas do diagrama cromático (x,y) para as cores obtidas.

Óptica Não-Linear

Ouro foco do nosso grupo é investigar as propriedades não-lineares dos materiais, tais como, efeitos de lente (lente térmica, lente de população, etc) [E. A. F. Santos et al. Journal of Applied Physics 106, 113111 (2009)]., não linearidades eletrônicas, etc, de diversos materiais e suas potenciais aplicações tecnológicas. Além disto, desenvolver novos métodos e técnicas de estudos dessas propriedades.

Figura: Sinal típico de Lente Térmica em um vidro PbInPO₄:Nd³⁺. A amostra foi excitada usando laser de Argônio em 514.5 nm e potência de 180 mW. A linha em 632.8 nm do laser de He-Ne na potência de 3 mW foi usada como feixe de prova. Os pontos são dados experimentais e a linha sólida é o melhor ajuste obtido a partir da curva teórica utilizada no modelo de Lente Térmica [E. A. F. Santos et al. Journal of Applied Physics 106, 113111 (2009)].