Preparação e caracterização óptica de filmes de poli(estireno sulfonados) dopados com neodímio

Abstract

Recebido em 28/6/04; aceito em 18/3/05; publicado na web em 2/8/05 PROCESSING AND OPTICAL CHARACTERIZATION OF POLY(STYRENE SULPHONATE) FILMS DOPED WITH NEODYMIUM. In this work we describe the processing of poly(styrene sulphonate) films (PSS) doped with neodymium (Nd). Optical density measurements in the UV-Vis-NIR region show the typical bands observed for neodymium chloride (NdCl 3 ) in solution. In the case of films, the intensity ratio between the peaks at 800 nm ( 4 I 9/2 → 4 F 5/2 + 2 H 7/2 ) and 580 nm ( 4 I 9/2 → 4 G 5/2 + 2 G 7/2 ) is equal to 0.83. Infrared spectra present an enhancement in the absorption region of aromatic rings. Site selective luminescence spectroscopy shows that the incorporation of Nd introduces a hipsochromic shift and a line shape definition in UV luminescence compared to PSS film, decreasing the interaction between aromatic groups. In addition, the film exhibits an intense radiative transition at 1061 nm ( 4 F 3/2 → 4 I 11/2 ), comparable to the one present in crystalline materials doped with Nd.Keywords: poly(styrene sulphonate); neodymium; films. INTRODUÇÃOO estudo de novos materiais utilizando Terras-Raras (TRs) tem sido explorado nos últimos anos devido ao crescente interesse, principalmente, nas possíveis aplicações tecnológicas em dispositivos fotônicos. Neste caso, os TRs são largamente utilizados, desde a produção de componentes ópticos, vidros e lâmpadas fluorescentes até equipamentos de energia nuclear, estando presentes em eletrodomésticos (refrigeradores), discos rígidos (HDs) de computadores pessoais, catalisadores e muitos outros produtos produzidos por empresas de alta tecnologia 1,2 . Além disso, os lantanídeos (Ln) são de grande interesse científico, uma vez que suas propriedades ópticas não dependem muito do material hospedeiro. Isto se deve a sua estrutura eletrônica, na qual os orbitais mais externos, 5d e 6s, são responsáveis pelas ligações químicas, blindando o orbital 4f que está semipreenchido 3 . Em particular, as propriedades ópticas dos íons de TRs, denominados Ln 3+ , devem-se às fracas interações entre os elétrons do nível 4f e o campo cristalino no qual está inserido. O resultado final é a observação de transições eletrônicas bem definidas, associadas a níveis eletrônicos atômicos.No contexto deste trabalho, o interesse pelo íon Nd 3+ deve-se ao fato deste elemento possuir uma configuração eletrônica envolvendo o nível 4f com transições de alta eficiência quântica e emissão de luz aproximadamente em 1060 nm (atribuída à transição 4 F 3/2 → 4 I 11/2 ) 4 . Devido a isso, o neodímio é considerado um dos elementos de maior interesse na produção de materiais aplicados à fabricação de dispositivos para emissão laser. Outra característica importante deste material é sua distribuição simplificada de níveis (quatro níveis atômicos), o que facilita em muito a inversão de população 4 .Apesar do grande número de trabalhos científicos que empregam estes íons de TRs como dopantes em meio ativo, o uso de matrizes poliméricas como matriz hospedeira não tem sido exp...

Judd–Ofelt analysis of Nd3+ ions in poly(styrene sulfonate) films

“…[10,11], the IR spectra of H-PSS and Nd-PSS present the common bands of PSS monomer: (i) symmetric stretching of S@O at 1190 cm À1 , (ii) symmetric stretching of O-S-O from 1000 to 1030 cm À1 , (iii) angular deformation out of plane of C-H of aromatic ring at 800 cm À1 and (iv) symmetric stretching of O-H between 3000 and 3900 cm À1 . In the case of Nd-PSS, the spectrum shows the same absorbance bands with an enlargement in all range and a decrease in the intensity at about 3423 cm À1 (O-H mode).…”

“…We used the NdCl 3 solution concentrations equal to 0.3 mol l À1 (S 1 ), 0.5 mol l À1 (S 2 ), 0.7 mol l À1 (S 3 ), 0.9 mol l À1 (S 4 ) and 1.1 mol l À1 (S 5 ) and the H-PSS equal to 0.15 mol l À1 (S 0 ). Scheme 1 shows ionic exchange reaction between H-PSS and NdCl 3 [10,11]. The initial solution was reposed overnight at 5°C and the liquid phase was removed.…”

Adding value to polystyrene waste by chemically transforming it into sulfonated polystyrene

“…The occurrence of -SO3 band of symmetric stretching vibration at 1040 cm -1 and -SO3antisymmetric stretching vibration at 1180 cm -1 indicates qualitatively the presence of the attached -SO3H groups in each of sulfonated samples. The band related to the substituted benzene in the para position (840 cm -1 ) validates the aromatic ring substitution [23,27,28]. Once proved that all three types of waste were successfully transformed into polystyrene sulfonate, expanded polystyrene residue was chosen for further tests due to its higher visual impact and bigger volume (for the same mass) on the trash.…”

“…The vibration of the aromatic skeleton is represented in the band at 1600 cm -1 (e). The bands between 906 cm -1 and 750 cm -1 are associated with vibration of C-H deformation of the aromatic ring [23,27,28]. Also (c), in EPS spectrum, it is possible to observe the presence of a thin band in the region of 1770 cm -1 relative to the CO2 trapped in the structure, since this gas is trapped in the grid formed in the expanded polystyrene.…”

Desenvolvimento de nanomateriais luminescentes de óxido de estanho e óxido misto de estanho/titânio dopados com íons terras raras para aplicações biológicas

“…Os níveis excitados das bandas na região do visível e do infravermelho são fundamentalmente determinados pelos parâmetros de repulsão intereletrônica (integrais F k ) e, em menor intensidade, pelo acoplamento de spin-órbita. (CRISTOVAN;.…”