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https://www.repositorio.ufal.br/handle/123456789/18448| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Propriedades fotoluminescentes do YAG:Tb em baixa temperatura para aplicação em termometria óptica |
| Título(s) alternativo(s): | Photoluminescent properties of YAG:Tb at low temperature for application in optical thermometry |
| Autor(es): | Lima, Messias Zacarias Santos de |
| Primeiro Orientador: | Sampaio, David Vieira |
| metadata.dc.contributor.referee1: | Moura, André de Lima |
| metadata.dc.contributor.referee2: | Silva, Ronaldo Santos da |
| Resumo: | A granada de ítrio-alumínio (Y₃Al₅O₁₂) ou YAG, é um material cerâmico com estrutura cristalina cúbica. Algumas de suas características incluem estabilidade térmica, dureza, resistência mecânica e boa durabilidade. O íon (Y³⁺) é opticamente inativo, mas pode ser facilmente substituído por outros cátions de terras raras, dando ao YAG propriedades ópticas interessantes e várias aplicações. Por exemplo, YAG:Nd é amplamente utilizado em lasers de estado sólido, popular na medicina (cirurgia ocular, dermatologia), na indústria (corte e soldagem de metais) e há alguns trabalhos recentes investigando seu uso como nanotermômetro luminescente. A termometria luminescente explora a dependência térmica da luminescência a fim de estimar a temperatura. Essa técnica de medição, devido a sua característica de não contato, é promissora para medição de temperatura em ambientes onde sensores convencionais são inviáveis, como em sistemas criogênicos, pequenos sistemas biológicos e dispositivos eletrônicos miniaturizados. Este trabalho investiga o potencial do YAG:Tb (granada de ítrio-alumínio dopada com térbio) como termômetro óptico para baixas temperaturas, analisando suas propriedades espectroscópicas via fotoluminescência e espectroscopia Raman na faixa de 20 a 320 K. Foram estudadas amostras com diferentes concentrações de Tb³⁺ (0,5, 1 e 2%, em mol). Foram testados diversos tipos de parâmetros termométricos baseados nas razões entre picos, áreas, e picos com áreas. De um total de 666 combinações para cada amostra, foram selecionadas 9 para uma análise mais detalhada. Os resultados demonstraram boa sensibilidade relativa, com destaque para a razão entre picos. As máximas sensibilidades relativas para as concentrações de 0,5, 1 e 2 % de Tb foram de 4,7, 2,9 e 4,6% K⁻¹, respectivamente. Além disso, a espectroscopia Raman revelou a presença de impurezas de Nd³⁺, permitindo a exploração de sua luminescência como um termômetro óptico secundário. A análise espectral do Nd³⁺ resultou na identificação de 18 parâmetros com sensibilidade relativa superior a 2 %K⁻¹, incluindo um valor máximo de 7,5 %K⁻¹ a 22 K. Os dados obtidos indicam que tanto o YAG:Tb quanto a luminescência do Nd³⁺ são promissores para aplicações em termometria óptica em baixas temperaturas, oferecendo alternativas viáveis para sensores térmicos não invasivos e de alta precisão. |
| Abstract: | Yttrium aluminum garnet (YAG, Y₃Al₅O₁₂) is a ceramic material with a cubic crystalline structure. Some of its characteristics include thermal stability, hardness, mechanical resistance, and high durability. The Y³⁺ ion is optically inactive but can be easily replaced by other rare-earth cations, granting YAG interesting optical properties and various applications. For instance, YAG:Nd is widely used in solid-state lasers, being popular in medicine (ocular surgery, dermatology) and industry (metal cutting and welding), with recent studies also exploring its use as a luminescent nanothermometer. Luminescent thermometry relies on the thermal dependence of luminescence to estimate temperature. Due to its non-contact nature, this measurement technique is particularly promising for temperature sensing in environments where conventional sensors are impractical, such as cryogenic systems, small biological structures, and miniaturized electronic devices. This study investigates the potential of YAG:Tb (yttrium aluminum garnet doped with terbium) as an optical thermometer for low temperatures, analyzing its spectroscopic properties via photoluminescence and Raman spectroscopy in the 20–320 K range. Samples with different Tb³⁺ concentrations (0.5%, 1%, and 2%, in mol) were examined. Various thermometric parameters were tested, including intensity ratios between peaks, areas, and peak-area combinations. From a total of 666 combinations per sample, nine were selected for a more detailed analysis. The results demonstrated good relative sensitivity, with emphasis on the intensity peak ratios. The maximum relative sensitivities for the 0.5%, 1%, and 2% Tb concentrations were 4.7, 2,.9, and 4.6% K⁻¹, respectively. Additionally, Raman spectroscopy revealed the presence of Nd³⁺ impurities, enabling the exploration of its luminescence as a secondary optical thermometer. The spectral analysis of Nd³⁺ led to the identification of 18 parameters with relative sensitivities exceeding 2 % K⁻¹, including a maximum value of 7.5 %K⁻¹ at 22 K. The findings indicate that both YAG:Tb and the luminescence of Nd³⁺ are promising for optical thermometry at low temperatures, providing viable alternatives for non-invasive and highly precise thermal sensors. |
| Palavras-chave: | Termometria óptica Luminescência Granada de Ítrio-Alumínio (YAG) Optical thermometry Luminescence Yttrium Aluminum Garnet (YAG) |
| CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal de Alagoas |
| Sigla da Instituição: | UFAL |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Física |
| Citação: | LIMA, Messias Zacarias Santos de. Propriedades fotoluminescentes do YAG:Tb em baixa temperatura para aplicação em termometria óptica. 2026. 115 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2025. |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | https://www.repositorio.ufal.br/handle/123456789/18448 |
| Data do documento: | 13-mar-2025 |
| Aparece nas coleções: | Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IF |
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