Múltiplos campos de aplicação de tubos de quartzo dopados com cério

Os tubos de quartzo com filtro UV são concebidos para bloquear eficazmente a radiação ultravioleta nociva para o corpo humano, mantendo a máxima transmissão de luz visível. São amplamente utilizados na produção de vários produtos electro-ópticos amigos do ambiente.

Os tubos de quartzo dopados com cério (Ce) são materiais especiais fabricados através da introdução de iões de cério (Ce³⁺/Ce⁴⁺) em sílica fundida de elevada pureza. Estes tubos possuem uma capacidade única de absorver a radiação UV nociva, mantendo uma elevada transmitância de luz visível. Eles são comumente usados em equipamentos médicos, fontes de luz externas e outros sistemas de iluminação ecológicos. Entre todos os produtos de quartzo com filtro UV, os tubos de quartzo dopados com cério são os mais utilizados em aplicações que envolvem a exposição humana a fontes de luz.

Principais áreas de aplicação:

1. Deteção de radiações de alta energia

• Materiais de cintilação: Os iões de cério emitem fluorescência (na gama do UV ou do visível) quando excitados por radiações de alta energia, como os raios X ou os raios gama. Esta propriedade é utilizada em medicina nuclear (por exemplo, scanners PET), em experiências de física de alta energia (por exemplo, detectores de partículas) e em ensaios industriais não destrutivos.
• Vantagens: Tempo de resposta rápido (na ordem dos nanossegundos) e elevada resistência à radiação, ideal para ambientes de radiação intensa.

2. Filtragem ultravioleta

• Absorção de UV: Os iões Ce³⁺ absorvem fortemente a radiação UV, particularmente UVC e UVB. Isto faz com que o quartzo dopado com cério seja adequado para o fabrico de janelas de filtro UV e ópticas de proteção, especialmente em fotolitografia de semicondutores para evitar a interferência de UV.

3. Dispositivos laser e ópticos

• Meio de laser sintonizável: O quartzo dopado com cério pode servir como meio de ganho em certos lasers de estado sólido, particularmente os que funcionam na gama UV ou quase UV.
• Conversão de Fluorescência: Utilizado em LEDs ou sistemas fluorescentes para converter a luz UV em comprimentos de onda visíveis específicos.

4. Componentes ópticos resistentes à radiação

• Aplicações aeroespaciais e nucleares: Os tubos de quartzo dopado com cério são utilizados como janelas de visualização ou sensores ópticos em satélites e reactores nucleares devido à sua resistência superior à radiação em comparação com o vidro de quartzo normal.

5. Investigação científica e iluminação especializada

• Instalações de sincrotrão: Aplicado na ótica de linhas de feixe onde está presente radiação de alta energia, minimizando a interferência fluorescente.
• Lâmpadas UV: Utilizado em sistemas de iluminação germicida ou especiais em que a dopagem com cério ajuda a modular o espetro de saída de UV.

Propriedades críticas que suportam estas aplicações

• Estabilidade à radiação: A dopagem com cério reduz a formação de centros de cor sob radiação, prolongando a vida útil do produto.
• Transparência ótica: Mantém a vasta gama de transmissão espetral do quartzo (desde o UV profundo até ao infravermelho próximo), ao mesmo tempo que acrescenta propriedades de fluorescência benéficas.

Exemplo de especificações do produto: Tubos de quartzo dopados com cério da TotalQuartzWorks

• SiO₂ Pureza: 99.5%
• Teor de dopagem de cério: 0.3%
• Conteúdo OH: ≤50 ppm
• Coeficiente de expansão térmica: 6,7 × 10-⁷ cm/cm-°C
• Ponto de amolecimento: 1680°C
• Ponto de recozimento: 1210°C
• Ponto de deformação: 1150°C
• Caraterísticas de transmissão UV:
  O produto bloqueia eficazmente os comprimentos de onda UVC (100-280 nm). Em particular, o Ce³⁺ tem uma absorção significativa na gama de 200-280 nm - conhecida por causar danos no ADN e efeitos biológicos nocivos. A filtragem UVC quase completa torna estes tubos altamente adequados para equipamento médico e de esterilização onde a proteção contra a exposição à radiação é crítica.

Considerações importantes

• Precisão de dopagem: A concentração de cério deve ser rigorosamente controlada. O excesso de dopagem pode causar dispersão indesejável ou fluorescência de fundo.
• Conceção da aplicação: A seleção deve equilibrar a transmitância, a eficiência de fluorescência e a resistência mecânica para um desempenho ótimo.