Photoluminescence in ZrO2 doped with Y and La

Abstract

O objetivo deste trabalho é descrever a síntese e a caracterização óptica de uma solução sólida de óxido de zircônio contendo ítrio e lantânio. Foram misturados citrato de zircônio, nitrato de ítrio e nitrato de lantânio nas proporções 94 mol% ZrO2-6 mol% Y2O3 e 92 mol% ZrO2-6 mol % Y2O3-2 mol % La2O3. A análise de espectroscopia de absorção no infravermelho com tranformada de Fourier mostra material orgânico em decomposição e a análise térmica mostra a transformação de fases da zircônia tetragonal para monoclínica, a perda de água e a desidroxilação do zircônio. A análise por difração de raios X mostra formação de fases homogênea de ZrO2-Y2O3-La2O3 demonstrando que a adição de lantânio não provoca formação de fases, promovendo uma solução sólida baseada em zircônia cúbica. Os espectros de fotoluminescência mostram bandas de absorção em 562 nm e 572 nm (350 ºC) e bandas de absorção específicas em 543 nm, 561 nm, 614 nm e 641 nm (900 ºC). O efeito fotoluminescente a baixas temperaturas é causado por defeitos como (Y Zr,Y O)', (2Y Zr,V O)'' e V O. As emissões em 614 nm e 641 nm são causadas pela transição O-2p -> Zr-4d. Uma emissão em 543 nm pode ser atribuída a centros LaO8 com transição O-2p -> La-5d.

This study aims to describe the synthesis and optical characterization of a nanometric zirconium oxide solid solution containing yttrium and lanthanum. Zirconium citrate, yttrium nitrate and lanthanum nitrate were mixed in the ratios: 94 mol% of ZrO2 - 6 mol% of Y2O3 and 92 mol% of ZrO2 - 6 mol % of Y2O3 - 2 mol % of La2O3. FTIR analysis shows organic material in decomposition and thermal analysis shows the transformation from the tetragonal to the monoclinic phase of zirconia, the loss of water molecule and zirconium dehydroxylation. The X-ray diffraction analysis shows a homogeneous phase formation of ZrO2-Y2O3-La2O3 demonstrating that lanthanum addition does not cause phase formation, promoting a solid solution based on zirconia with cubic structure. The photoluminescence spectra show absorption bands at 562 nm and 572 nm (350 °C) and specific absorption bands at 543 nm, 561 nm, 614 nm and 641 nm (900 °C). The photoluminescence effect at low temperature is caused by defects such as (Y Zr,Y O)', (2Y Zr,V O)'' and V O. Emissions at 614 nm and 641 nm are caused by O-2p -> Zr-4d transition. An emission at 543 nm can be attributed to LaO8 centers with O-2p -> La-5d transition.