Estudos das Correlações Microestruturais, Eletrônicas e Ópticas do BaZrO3 Dopado com Terras Raras
Abstract
O melhor entedimento das propriedades estruturais de um material, permite a constru- ção de dispositivos eletrônicos e ópticos para as mais diversas aplicações tecnológicas, como diodos emissores de luz, transisores a laser, sensores de gás e células solares. Este trabalho apresenta um estudo experimental sobre as distorções locais ou periódicas da estrutura e consequentemente da estrutura eletrônica do composto Zirconato de Bário BaZrO3 (BZO) no seu estado puro e codopado com os íons Terras Raras Térbio (Tb) e Itérbio (Yb), sintetizado via método hidrotérmico assistido por micro-ondas em forma de pó, resultando em propriedades ópticas especícas e dependentes dos parâmetros estru- turais e eletrônicos do material. As amostras co-dopadas foram preparadas por meio de solução sólida com os íons Tb e Yb obedecendo o modelo de substituição 2n gerando um sistema Ba1−x Tbx Zr1−y YbO3 sendo (x = 1% e y = 1, 2, 4, 8%) em mol. A investigação estrutural por difração de raios x demonstra que a principal fase cristalina em todas as amostras é a fase cúbica do BZO, com eventual presença de fases secundárias de BaCO3 e KCl. Os resultados da espectroscopia Raman apresentaram modos vibracionais asso- ciados às estruturas secundárias e às distorções na rede cristalina geradas pela presença dos dopantes na matriz do BZO cúbico. As micrograas indicaram para as amostras com altas concentrações de dopantes, a diminuição e a perda da regularidades na forma deca- octahedral dos cristais. A análise de absoção de raios x ao redor das bordas LII e LIII dos átos de Zircônio, mostrou que através da razão entre as intensidades dos picos das bordas, os íons dopantes induzem distorções estruturais no cluster ZrO6 do composto. Os espec- tros de absorbância difusa indicaram pequenas alterações nos band gaps das amostras. Esses efeitos de distorções estruturais estão relacionados ao esfeitos de campo cristalino octaédrico presente no composto associados aos efeitos de acoplamento spin-órbita em níveis de energia. Transições típicas de Tb 3+ e Yb 3+ foram identicadas nos espectros de fotoluminescência, conrmando a presença dos dopantes na matriz do BZO. Esse estudo detalhado dos processos estruturais e eletrônicos estabelece uma base sólida para estudos futuros de aplicações tecnológicas envolvendo o composto BZO puro e codopado.