Síntesis de un centellador de BaHfO3:Tb

Abstract

Con una contribución a la evolución de la ciencia y la tecnología en el avance de los centelladores para uso de las radiaciones ionizantes en el área de aplicación en radiodiagnóstico médico, se presenta este trabajo de síntesis y caracterización luminiscente, de películas delgadas de BaHfO3 impurificadas con terbio, depositadas mediante la técnica de rocío pirolítico ultrasónico. Para la obtención de las películas se utilizaron como precursores HfCl2 al 98% marca Alfa Aesar, BaCl3 marca J.T. Baker, y TbCl3 marca Alfa Aesar; con agua desionizada como solución disolvente. La concentración del ión terbio fue de 5, 10 y 15 % atómico de TbCl3 con respecto a la cantidad de la solución precursora compuesta por HfCl2 y BaCl3. La temperatura de depósito se varió la de 400°C, 450°C, 500°C y 550°C. Para la obtención de películas delgadas mediante la técnica de Roció Rirolítico se fijaron parámetros: la distancia entre boquilla y el sustrato fue de 5 mm, el flujo del aire de arrastre de 15 lph la frecuencia del generador ultrasónico a 0.8 Hz y el tiempo de depósito de cada película fue de 15 min. Una vez obtenidas las películas depositadas sobre sustratos de vidrio, se analizó la composición química y la morfología en el microscopio electrónico de barrido (MEB) del CICATA LEG. Las características estructurales fueron determinadas mediante la técnica de difracción de rayos X. Mientras que para determinar las propiedades fotoluminiscentes, se usó un espectrofluorímetro marca Edinburgh Instruments modelo FL920 de la UAM-I. Las micrografías obtenidas muestran la formación de microestructuras en forma de ramificaciones con algunas estructuras esféricas, esto a temperaturas de 400°C y 450°C, mientras que a 500°C y 550° solo se presentan en su mayoría ramificaciones. El análisis mediante la técnica de Espectroscopía de Energía Dispersa (EDS) muestran que los elementos presentes en las películas son: Ba, Hf, O y Tb. Los espectros de emisión de las películas de BaHFO3:Tb muestran picos centrados en 489, 543, 586, 590, y 622 nm que corresponden a las transiciones 5D4 → 7F6, 5D4 → 7F5, 5D4 → 7F4, 5D4 → 7F3 características del Tb3+. El pico centrado en 543 nm fue el más intenso correspondiente a la emisión en color verde en el espectro electromagnético. Los espectros de tiempos de decaimiento fueron obtenidos con el mismo equipo de espectrofluorometría pero con la fuente de Xe en modo pulsado, estos muestran un decaimiento que se ajusta a un modelo matemático de tipo exponencial, que muestra tres componentes; en la primera se puede observar que corresponde a un decaimiento rápido del orden de nanosegundos, en la segunda presenta un decaimiento del orden de microsegundos mientras que el tercer componente se ajusta a un decaimiento del orden de los milisegundos estos corresponden a los tiempos de decaimiento de un centellador. Las películas delgadas de BaHfO3:Tb depositadas sobre sustratos de vidrio utilizando el método de Rocío Pirolítico Ultrasónico tienen propiedades funcionales necesarias para ser utilizadas como un centellador de un agente excitante. ABSTRACT With a contribution to the evolution of science and technology in the advancement of the scintillators for use of ionizing radiation in the area of medical radiology application, this paper presents synthesis and characterization of luminescent thin films doped BaHfO3 terbium, deposited by ultrasonic spray pyrolysis technique. These films were deposited on glass substrates IACSA mark sample holder, with dimensions of 1 1.5 cm, with a thickness of 1.2mm, the cleaning of these substrates was carried out with the corresponding protocol in order to eliminate any contamination. As HfCl2 precursor reagents were used 98% Alfa Aesar, JT brand BaCl3 Baker, Alfa Aesar and TbCl3, with deionized water as the solution solvent, dopant concentrations varied at 5, 10 and 15 atomic% TbCl3 regarding the amount of the precursor solution composed BaCl3 HfCl2 and also was varied deposition temperature 400 ° C, 450 ° C, 500 ° C and 550 ° C and to analyze whether there are changes in the crystallinity of the system. As mentioned, the technique will deposit was Ultrasonic spray pyrolysis, and this allows to set the deposition parameters, which are: the distance between the nozzle and the substrate was 5 mm, the air flow 15 trawl generator frequency lph Ultrasonic 0.8 Hz and deposition time of each film was 15 min. After obtaining the films deposited on glass, morphological composition was analyzed by electron microscopy (SEM) of CICATA LEG. The micrographs show the formation of microstructures in the form of spherical structures with some branches, that at temperatures of 400 ° C and 450 ° C, while at 500 ° C and 550 ° only occur mostly ramifications. With this same team performed the analysis of elemental composition present in the films, with the technique of Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) results show that the elements present in the films are: Ba, Hf, O, Tb and Cl To analyze the photoluminescent properties, we used a spectrofluorimeter Edinburgh Instruments model FL920 mark UAM-I, which was obtained with the excitation spectrum of 318nm 262nm emission presenting, 339nm, 368nm and 378nm 351nm, this emission was the 262nm most intense and this was obtained emission spectra, which show peaks centered at 489, 543, 586, 590, and 622 nm corresponding to transitions → 7F6 5D4, 5D4 → 7F5, 7F4 → 5D4, 5D4 → Tb3 + 7F3 characteristics. The peak centered at 543 nm was the most intense emission corresponding to the green in the electromagnetic spectrum The decay time spectra were obtained with the same equipment but with spectrofluorometry Xe source in pulsed mode, these show a decay that fits a mathematical model of exponential type, showing two components: the first one can observe which corresponds to a rapid decay of the order of nanoseconds, while the second component is adjusted to a decay millisecond these correspond to the decay times of a scintillator. BaHfO3 synthesis: Tb made on glass substrates by the spray pyrolysis method Ultrasonic have the required functional properties to be used as a scintillator of a stimulating agent.