Síntesis, estructura y propiedades luminiscentes de aluminatos de lantano dopados con tierras raras

Abstract

In the present work, the results from the synthesis and characterization of lanthanum aluminate (LaAlO3 or LAO) doped with rare earth are reported, in this case: Eu3+, Pr3+ and Dy3+, because they have a great potential in applications at high temperatures or as a dosimeters, this as a consequence of their structural and luminescent properties. The Pechini method was used as a synthesis route, however a modification was proposed, drying the solution by Spray Dryer. Then, the samples were annealed in a temperature range from 700°C to 1600°C. The structural and morphological characterization of the obtained powders was done by XRD, SEM and TEM. By XRD it was found that from 800°C the rhombohedral phase with space group R-3c of LaAlO3 is obtained in both pure and doped samples, with the support of Rietveld method and TEM, it was possible to corroborate the presence of this phase. With SEM technique we observed the formation of spherical agglomerates with a size of about 2 μm, composed of submicron particles, by TEM it was observed that the crystallite size of the samples is around 50 nm. The photoluminescent properties study of materials tells us that the material presents characteristic electronic transitions of the rare earths with which the samples were doped. By thermoluminescent characterization the TL glow curves were obtained under the influence of UV radiation, the LaAlO3 sample shows a defined peak at approximately 113°C; the sample doped with Eu3+ has a brightness curve with a peak around 150°C; LaAlO3: Pr3+ also has a peak which is at approximately 157°C; The Dy3+ dopant in LaAlO3 matrix shows a glow curve with two intense peaks at 185°C and 254°C. presented two peaks, the first at 197°C and the second is showed at approximately 268°C. The synthesis technique is relatively inexpensive, faster and it produces homogeneous particles. The TL characterization results suggest that the samples are good candidates to be employed as a thermoluminescent devices.

En el presente trabajo, se reportan los resultados obtenidos de la síntesis y caracterización del aluminato de lantano (LaAlO3 o LAO) dopados con tierras raras, en este caso: Eu3+, Pr3+ y Dy3+, debido a que tienen un gran potencial en aplicaciones a altas temperaturas o como dosímetros, como consecuencia de sus propiedades estructurales y luminiscentes. Se usó el método de Pechini como ruta de síntesis, sin embargo, se propuso una modificación del método, secando la solución por secado por pulverización (Spray Dryer), posteriormente se calcinaron las muestras en un intervalo de temperaturas de 700°C hasta 1600°C. La caracterización estructural y morfológica de los polvos obtenidos se llevó a cabo por DRX, MEB y MET. Por medio de DRX se encontró que desde 800°C se obtiene la fase romboédrica con grupo espacial R-3c del LaAlO3 en cada compuesto puro y dopado, con ayuda del método Rietveld y MET se pudo corroborar la presencia de dicha fase. Con la técnica de MEB se observó la formación de aglomerados esféricos con tamaño de alrededor de 2 μm, compuestos por partículas submicrónicas, por MET se observó que el tamaño de cristalita de las muestras es de alrededor de 50 nm. El estudio de las propiedades fotoluminiscentes de los materiales, nos dice que el material presenta transiciones electrónicas características de las tierras raras con que fueron dopadas. Por medio de la caracterización termoluminiscente se obtuvieron curvas de brillo TL bajo la influencia de radiación UV, la muestra LaAlO3 presenta un pico bien definido aproximadamente en 113°C; la muestra dopada con Eu3+ presenta una curva de brillo con un pico bien definido alrededor de 150°C; el LaAlO3:Pr3+ también presenta un pico, el cual se encuentra aproximadamente a 157°C; el dopante Dy3+ en la matriz de LaAlO3, muestra una curva de brillo con dos picos intensos a 185°C y 254°C.