Modelagem da emissão de luz branca contínua por conversão ascendente de energia em nanomateriais

Abstract

As emissões de luz por conversão ascendente são processos em que fótons de menor energia são convertidos em fótons de maior energia. Por exemplo, a excitação na região do infravermelho próximo (NIR) causa emissões na região do visível. Esses processos têm várias aplicações que vão desde conversão fotovoltaica e iluminação à nanomedicina, despertando assim grande interesse. Na última década, uma emissão de luz branca intensa com espectro contínuo foi observada ao excitar alguns materiais, em particular, óxidos metálicos, com fontes lasers de altas densidades de potência na região NIR. A origem desse fenômeno ainda não está estabelecida, sendo assim a motivação para o desenvolvimento e implementação de um modelo quantitativo. Este modelo foi baseado na equação de balanço de potência em que a energia absorvida do feixe de excitação é dissipada por transferência de calor (condução térmica), por aquecimento interno e por emissão térmica de luz branca (tipo corpo negro). A resolução numérica da equação obtida no modelo foi implementada com sucesso e forneceu resultados sem as aproximações utilizadas nas soluções analíticas. Com isso a dependência temporal da temperatura e da emissão de luz branca intensa com espectro contínuo por conversão ascendente de energia em (nano)materiais foram obtidas e comparadas com observações e dados experimentais. Todas as principais características desta emissão de luz branca foram explicadas e quantificadas pelos resultados analíticos e numéricos. Em particular, a dependência da intensidade integrada de emissão com a potência do laser, com o tamanho das partículas e a compactação da amostra; e a dependência com a dopagem, com a pressão e a temperatura ambiente, bem como a existência do limiar da densidade de potência da fonte de excitação e o decaimento temporal não- exponencial da emissão de luz branca. Foi mostrada a razão da emissão de luz branca obtida por conversão ascendente ser tão brilhante e tão intensa. Os resultados obtidos e suas comparações sugerem que o modelo proposto foi validado e descreve quantitativamente todas as características desse processo, podendo ser utilizado no planejamento de novos materiais mais eficientes e aprimoramento das condições experimentais.