Correlação de propriedades estruturais e funcionais em materiais ópticos, utilizando técnicas modernas de ressonância magnética

Resumo

O desenvolvimento de novos materiais ópticos baseados em matrizes inorgânicas dopadas com íons terras raras luminescentes ou seus compostos de coordenação é uma área bastante ativa em pesquisa de materiais. Para facilitar o planejamento de materiais com propriedades emissivas aprimoradas, é essencial dispor de informações estruturais detalhadas em nível atômico com relação ao ambiente local (sítios) das espécies luminescentes, suas segundas esferas de coordenação, a extensão de agregados iônicos e/ou moleculares, bem como a segregação em micro- e nanofases de materiais compósitos. Devido à seletividade de elementos, o caráter inerentemente quantitativo, e a sensibilidade a interações locais, técnicas de ressonância magnética como RMN e EPR são idealmente apropriadas para abordar estas questões estruturais. O objetivo deste projeto de pesquisa é desenvolver uma estratégia compreensiva de ressonância magnética para obter o entendimento fundamental das propriedades espectroscópicas e fotofísicas destes materiais com base em suas estruturas. Como os luminóforos não podem ser diretamente acessados por técnicas convencionais de RMN de estado sólido, devido ao seu paramagnetismo intrínseco, três abordagens complementares serão utilizadas: i) estudos de RMN de mímicas diamagnéticas (45Sc, 89Y, 139La, 171Yb e 175Lu) incorporados nos sistemas de interesse; ii) análise das interações paramagnéticas dos núcleos constituintes da matriz presentes nas vizinhanças das espécies luminóforas, e iii) medidas dos acoplamentos dipolo-dipolo através de métodos de EPR pulsado (electron spin echo envelope modulation (ESEEM) spectroscopy) nos íons paramagnéticos. Os sistemas a serem estudados incluem vidros aluminoboratos, aluminofosfatos, oxifluoretos e fluorofosfatos, cerâmicas e cristais, dopados com íons de terras raras ou metais de transição luminescentes, com o objetivo de obter informações quantitativas a cerca da ocupação de sítios, correlações de ambientes locais e distâncias, bem como populações em micro- e nanofases. Além disso, aplicaremos esta metodologia a sistemas híbridos inorgânico-orgânicos baseados na incorporação de complexos de metais terra rara em uma variedade de matrizes inorgânicas porosas (zeólitas, sílica mesoporosa, argilas), para quantificar orientações intermoleculares entre hóspede e hospedeiro e processos de interação e agregação nestes materiais. As informações obtidas servirão como base estrutural para aperfeiçoar os parâmetros composicionais, de síntese e processamento, com o intuito de obter materiais ópticos otimizados. (AU)