Repositório Institucional da Universidade Federal de Alagoas (RIUFAL) 00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IF - INSTITUTO DE FÍSICA TRABALHOS DE CONCLUSÃO DE CURSO (TCC) - GRADUAÇÃO - IF Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) - Licenciatura - FÍSICA - IF
Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://www.repositorio.ufal.br/handle/123456789/18765
Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Utilização de equações de taxa no estudo das emissões de nanopartículas de niobato de sódio codopadas com Yb3+/Tm3+ para aplicações em nanotermometria
Autor(es): Almeida, Jhonatas Philipe Gomes de
Primeiro Orientador: Silva, Wagner Ferreira da
metadata.dc.contributor.referee1: Santos, Harrisson David Assis
metadata.dc.contributor.referee2: Souza, Samuel Teixeira de
Resumo: A nanotermometria tem se destacado como uma ferramenta promissora no contexto da detecção, monitoramento e, em alguns casos, até no tratamento de doenças, como o câncer. Essa técnica permite o mapeamento térmico de tecidos biológicos com alta resolução espacial, inclusive em regiões profundas, superando limitações de métodos convencionais, como as câmeras térmicas. Dentre os materiais utilizados como sensores térmicos, nanopartículas dopadas com íons de terras raras se mostram especialmente adequadas devido à sua estabilidade, biocompatibilidade e sensibilidade óptica à temperatura. Para compreender e prever o comportamento desses sistemas luminescentes em aplicações de nanotermometria, o uso de modelagens teóricas baseadas em equações de taxa torna-se uma abordagem eficaz. Esse tipo de modelagem permite simular a dinâmica de populações em diferentes níveis de energia, estimar parâmetros ópticos e avaliar a resposta térmica sem a necessidade de experimentação direta, sendo assim um complemento poderoso para os experimentos laboratoriais, reduzindo custos e esforços para a análise de emissões e suas intensidades. Este trabalho teve como objetivo utilizar equações de taxa e simulações computacionais, realizadas no software GNU Octave, para estudar as emissões ópticas de nanopartículas de niobato de sódio dopadas com íons de terras raras, com foco na aplicação em nanotermometria. Foram analisadas três configurações: amostras dopadas apenas com túlio trivalente; codopadas com itérbio e túlio, e baixa concentração de túlio; e codopadas com itérbio e túlio, e alta concentração de túlio. Os resultados das simulações foram comparados com dados experimentais disponíveis na literatura e obtidos por membros do grupo de pesquisa GNFI. Em geral, observou-se boa concordância entre teoria e experimento, especialmente para valores intermediários do parâmetro de acoplamento térmico. Em um dos casos, entretanto, a discrepância entre os resultados indicou a necessidade de incorporar novos termos às equações de taxa. Os achados deste estudo reforçam a validade da modelagem computacional como ferramenta complementar à experimentação, contribuindo para o avanço do desenvolvimento de nanotermômetros luminescentes aplicáveis ao diagnóstico biomédico.
Abstract: Nanothermometry has emerged as a promising tool for disease detection, monitoring, and, in some cases, even treatment—particularly in the context of cancer. This technique enables high spatial resolution thermal mapping of biological tissues, including deep regions, thereby overcoming the limitations of conventional methods such as thermal cameras. Among the materials employed as thermal sensors, nanoparticles doped with rare-earth ions are particularly suitable due to their optical temperature sensitivity, biocompatibility, and stability. To understand and predict the behavior of these luminescent systems in nanothermometry applications, theoretical modeling based on rate equations provides an effective approach. Such modeling allows for the simulation of population dynamics across different energy levels, estimation of optical parameters, and assessment of thermal responses without the need for direct experimentation, thus reducing both costs and laboratory efforts. This work aimed to employ rate equations and computational simulations, conducted using the GNU Octave software, to study the optical emissions of sodium niobate nanoparticles doped with rare-earth ions, with a focus on nanothermometry applications. Three configurations were analyzed: samples doped only with trivalent thulium; codoped with ytterbium and thulium at low thulium concentration; and codoped with ytterbium and thulium at high thulium concentration. The simulation results were compared with experimental data available in the literature and obtained by members of the GNFI research group. Overall, good agreement between theory and experiment was observed, particularly for intermediate values of the thermal coupling parameter. In one case, however, a noticeable discrepancy indicated the need to incorporate additional terms into the rate equations. The findings of this study reinforce the validity of computational modeling as a complementary tool to experimentation, contributing to the advancement of luminescent nanothermometers for biomedical diagnostics.
Palavras-chave: Nanotermometria
Terras-raras
Nanopartículas
Equações de taxa
Nanothermometry
Rare-earth ions
Nanoparticles
Rate equations
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.department: Curso de Física - Licenciatura
Citação: ALMEIDA, Jhonatas Philipe Gomes de. Utilização de equações de taxa no estudo das emissões de nanopartículas de niobato de sódio codopadas com Yb3+/Tm3+ para aplicações em nanotermometria. 2026. 51 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Licenciatura em Física) – Instituto de Física, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2025.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://www.repositorio.ufal.br/handle/123456789/18765
Data do documento: 23-mai-2025
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