BR102019020095A2 - Cristal de l-treonina dopado com cloreto de neodímio iii para uso em dispositivos ópticos - Google Patents
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Abstract
cristal de l-treonina dopado com cloreto de neodímio iii para uso em dispositivos ópticos. presente invenção apresenta o processo de obtenção para um cristal de l-treonina dopado com cloreto de neodímio iii, pelo método de evaporação isotérmica. o presente produto possui a capacidade de emitir luz na região do ultravioleta visível, oriundo das transições eletrônicas do íon nd3+ na matriz hospedeira cristalina, gerando assim, fenômeno de luminescência. esta propriedade óptica, juntamente com as propriedades estruturais e térmicas, reforçam a ideia que este material inédito possa vir ser aplicado em lasers de estado sólido e em outros dispositivos eletrônicos. o material apresenta como vantagem a fácil obtenção deste cristal, o baixo valor financeiro utilizado para a síntese e crescimento da fase sólida, a possibilidade de utilizar esse sistema em variados campos da óptica, a boa qualidade óptica da amostra e a emissão de luz na região do ultravioleta visível comprovada. com isso, pode-se dizer que este cristal sintetizado contém as características adequadas para uso em lasers, boa emissão, estabilidade térmica e cristalinidade.
Description
[01] O presente invento trata-se de um material cristalino a base de L-Treonina de fácil obtenção, com boa estabilidade térmica, e com propriedade fotoluminescente. Esta atividade de luminescência é gerada pela incorporação do íon terra rara Nd3+ na matriz cristalina, que permite o material hospedeiro a emissão de luz na região do ultravioleta visível. Este fenômeno viabiliza a aplicação deste sistema em diversos dispositivos ópticos, como: lasers de estado solido, amplificadores, sensoriamento remoto, dentre outros.
[02] A produção de cristais orgânicos a base de aminoácidos nos últimos anos tem aumentado bastante, isto ocorre devido seu importante papel nos mais variados campos da ciência, com destaque para os setores da óptica, eletrônica e medicina (SCHEEL, Hans J. Historical aspects of crystal growth technology. Journal of Crystal Growth, v. 211, n. 1-4, p. 1-12, 2000.). No ramo da óptica especificamente, uma atenção maior tem se dado aos cristais contendo dopantes terras raras, visto que por meio destes, o material passa adquirir propriedades luminescentes característica de cada íon lantanídeo.
[03] O íon neodímio por exemplo, na sua forma trivalente é um dos elementos terras raras mais difundidos na produção de dispositivos ópticos, devido ser o terra rara mais bem sucedido em lasers de estado sólido. Em cristais orgânicos quando dopados com Nd3+ , o íon fornece uma transição laser eficiente que permite um mecanismo de onda contínua em temperatura ambiente (NADTOCHEEV, V. E.; NANIĬ, O. E. Two-wave emission from a cw solid-state YAG: Nd3+ laser. Soviet Journal of Quantum Electronics, v. 19, n. 4, p. 444, 1989.), este fato, tem motivado cientistas ao longos das décadas buscarem outros tipos de matrizes hospedeiras a serem estudadas, como é o caso da matriz L-Treonina, que na sua forma cristalina cristaliza-se em um sistema ortorrômbico e devido sua alta solubilidade em água e seus grupos amina e carboxila, é um ótimo hospedeiro de metais de transição e lantanídeos (KUMAR, MR Suresh et al. Structural characteristics and second harmonic generation in L-threonine crystals. Journal of crystal growth, v. 286, n. 2, p. 451-456, 2006).
[04] Na literatura são reportados diversos materiais dopados com neodímio trivalente contendo propriedades fotoluminescentes, sendo empregues como, lasers de estado sólido, fluoroimunoensaios, amplificadores, sensoriamento remoto, dentre outros (BRADLEY, Paul F. A review of the use of the neodymium YAG laser in oral and maxillofacial surgery. British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery, v. 35, n. 1, p. 26-35, 1997). No entanto, o uso deste íon lantanídeo em matrizes hospedeiras orgânicas, como é o caso de aminoácidos, é bastante escasso, sendo esta, a principal finalidade deste estudo, utilizar a matriz L-Treonina na forma cristalina dopada com o íon Nd3+ para emissão de luz na região do ultravioleta visível, visto que não há ainda este material na literatura.
[05] No trabalho de Anis et al, cristais de material puro e sulfato de tris tioureia de zinco dopado com Nd3+ foram sintetizados a partir de solução aquosa à temperatura ambiente, bem como caracterizado suas propriedades. Foi observado que a dopagem de Nd3+ na matriz cristalina aprimorou significativamente os recursos característicos do cristal puro, como exemplo tem-se: boa qualidade cristalina, alta transparência óptica, grande eficiência de geração de segundo harmônico e menor perda dielétrica, tais resultados levaram aos autores concluir que este material poderia servir como um forte candidato para produção de dispositivos na área da fotônica, optoeletrônica e óptica não linear (ANIS, Mohd et al. Influence of Nd3+ on zinc tris-thiourea sulphate single crystal: a comparative crystal growth, structural, linear–nonlinear optical and dielectric study to explore NLO device applications. Materials research innovations, v. 22, n. 2, p. 99-106, 2018).
[06] Hreniak e Strek, no ano de 2002, publicaram um trabalho na qual desenvolveram nanocristalitos a granel de alumínio e ítrio dopado com Nd (Nd: YAG) pelo método sol-gel, onde as propriedades deste material foram caracterizadas. Em particular, foi descoberto que com o aumento da excitação, havia um aumento nas emissões do estado 4F5/2 oriundo do terra rara, e que o efeito do tamanho de grão tem grande influência nas propriedades luminescentes do material, assim, foi observado que estes nanocristalitos são materiais promissores a serem utilizados em lasers de estado sólido (HRENIAK, D.; STREK, W. Synthesis and optical properties of Nd3+ -doped Y3Al5O12 nanoceramics. Journal of Alloys and Compounds, v. 341, n. 1-2, p. 183-186, 2002).
[07] O documento PI 0100263-5 B1 denominado de: VIDRO DE ÓXIDOS DE CHUMBO, DE BISMUTO E DE GÁLIO DOPADO COM A TERRA-RARA NEODÍMIO, apresenta um novo material no que se refere a uma composição química para vidro de óxidos de chumbo, de bismuto e de gálio dopado com o terra rara neodímio com emissões luminescentes adequadas para ser usado em aplicações com raios laser, a parte inédita desta patente consiste na introdução do neodímio como dopante na matriz já mencionada.
[08] A patente WO 2017/156725 Al, intitulada de: LED APPARATUS EMPLOYING NEODYMIUM BASED MATERIALS WITH VARIABLE CONTENT OF FLUORINE AND OXYGEN (Aparelhos LED que empregam materiais à base de neodímio com teor variável de fluorino e oxigênio), descreve um invento no qual se refere a aplicações de iluminação e tecnologias relacionadas e, mais particularmente, mas não exclusivamente, o presente produto trata-se do uso de compostos compreendendo neodímio e flúor, como NdFxO com variável x e y, para proporcionar um efeito de filtragem de cores desejado e outros parâmetros em um diodo emissor de luz.
[09] Neste âmbito, foi observado que até o presente momento na literatura não foi encontrado/relatado ainda um produto a base do aminoácido L-Treonina cristalizado, dopado com cloreto de neodímio (III), para aplicações em dispositivos ópticos.
[010] Um dos grandes problemas enfrentados na produção de cristais contendo terras raras para aplicações em lasers de estado sólido, óptica não linear e na área da optoeletrônica, é o custo financeiro das máquinas utilizadas para síntese, bem como a dificuldade no manuseio dos equipamentos. Outro fator a ser ressaltado também é a dificuldade em encontrar uma matriz hospedeira orgânica que favoreça a luminescência do íon Nd3+ , assim como, obter um cristal que possua uma boa estabilidade térmica e com boa qualidade óptica após a dopagem. Todavia, esses problemas podem ser resolvidos pela mudança do método de síntese e pela escolha adequada da matriz.
[011] Em contraste aos materiais já relatados na literatura, cristais de aminoácidos (como é o caso da L-Treonina) dopados com íon Nd3+ obtidos pelo método de evaporação lenta do solvente, apresentam boa qualidade óptica, cristalinidade, estabilidade térmica, baixo custo e eficiência nas propriedades de fotoluminescência. A Figura 1 (Fig. 1) apresenta o padrão de difração de raios X refinado pelo método de Rietveld da amostra em temperatura ambiente, pelo tratamento matemático é possível confirmar a natureza cristalina do sistema.
[012] Para o procedimento de síntese do cristal, foi utilizado a técnica de evaporação isotérmica. Primeiramente cristalizou-se a matriz hospedeira, na qual foi pesada uma massa de 1 g de L-Treonina e homogeneizada em 30 mL de água deionizada por agitação magnética (360 rpm) durante 6 horas. Posteriormente, a solução foi deixada em repouso a uma temperatura constante de 35 °C em uma estufa, após 14 dias, cristais de L-Treonina foram obtidos e pulverizados.
[013] Para o processo de dopagem realizou-se a recristalização da L-Treonina em água, todavia, nesta foi adicionada cloreto de neodímio (III) em proporção massa/massa, compreendendo até 10 % de composição do dopante na solução do aminoácido. Novamente, a solução foi deixada em repouso (35 °C) e após 14 dias, cristais de cor rosa claro foram obtidos, a Figura 2 (Fig. 2) mostra o material antes e depois da dopagem.
[014] Nesse contexto, foram desenvolvidos cristais compostos por uma matriz orgânica cristalina de L-Treonina dopada com cloreto de neodímio (0~10 %), com potencial elevando para aplicações em dispositivos ópticos, como por exemplo, lasers de estado sólido. O presente produto pode ainda ser empregue em outros áreas, como fluoroimunoensaios, sensoriamento e odontologia.
Claims (3)
- CRISTAL DE L-TREONINA DOPADO COM CLORETO DE NEODÍMIO III PARA USO EM DISPOSITIVOS ÓPTICOS com propriedade fotoluminescente, boa estabilidade térmica, cristalinidade e transparência óptica adequada, caracterizado por compreender a composição de L-Treonina (90 – 99 %) e cloreto de neodímio (1 – 10 %).
- CRISTAL DE L-TREONINA DOPADO COM CLORETO DE NEODÍMIO III PARA USO EM DISPOSITIVOS ÓPTICOS de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por ser sintetizado pelo método de evaporação isotérmica, na qual prepara-se uma solução de LTreonina e após a cristalização do aminoácido, este é pulverizado e submetido a um processo de recristalização com a adição do dopante cloreto de neodímio hexaidratado (NdCl3•6H2O) para formação do cristal de L-Treonina dopado com neodímio III
- CRISTAL DE L-TREONINA DOPADO COM CLORETO DE NEODÍMIO III PARA USO EM DISPOSITIVOS ÓPTICOS de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por poder ser utilizado em lasers de estado sólido, dobradores de frequência, lasers em centros de odontologia, sensores e dispositivos ópticos e eletrônicos.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
| B07A | Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette] |