Fotoluminescência e mecanismo de crescimento em titanatos nanoestruturados

Abstract

Nanopartículas cristalinas com estrutura do tipo perovskita de BaxSr1-xTIO3, Ba1-xCaxTiO3 e CaxSr1-xTiO3 (x = 0, 0,25, 0,50, 0,75 e 1) foram sintetizadas usando o método de hidrotermalização assitido por microondas. As amostras foram processadas por 40 minutos a 140ºC, sob pressão máxima de 4 bar, usando um forno de microondas doméstico adaptado. A ação das microondas, associada às condições de temperatura e pressão facilitaram a formação das faces em um tempo de síntese relativamente curto, porém não possibilitou um controle sobre o crescimento e morfologia das partículas. Um conjunto de técnicas foi utilizado para a caracerização das amostras e os resultados mostraram que o método de hidrotermalização assistido por microondas é eficiente na obtenção dos compostos cristalinos com partículas nanométricas. Foi observado que todas as amostras apresentam um comportamento fotoluminiscente que varia com a concentração x dos modificadores de rede (Ba, Ca e Sr). A emissão radiativa na região visível azul-verde apresentada por estes materiais está diretamente associada à presença de imperfeições ou defeitos de ordem local. Estes defeitos locais podem ser causados pelo deslocamento do metal de transição Ti no interior da célula unitária de cada composto que dão origem à clusters distorcidos (em quebra de simetria) ou complexos (contendo vacâncias de oxigênio ou grupos OH). A banda larga observada nos espectros de fotoluminescência é característica de materiais com grau de ordem-desordem estrutural de curto alcance indicando que, durante o decaimento radiativo, ocorre um processo multifônico, evidenciando a presença de níveis energéticos adicionais ao band gap destes materiais. As partículas de cada composto apresentam diferentes morfologias que são alteradas pela...

BaxSr1-xTIO3, Ba1-xCaxTiO3 and CaxSr1-xTiO3 (x = 0, 0,25, 0,50, 0,75 e 1) perovskite-type nanoparticles were synthesized using the Microwave-Assisted Hydrothermal method. The samples were prepared at 140ºC for 40 minutos, under maximum pressure of 4 bar using an adapted domestic microwave oven. The action of microwaves, associated with temperature and pressure conditions facilitated the phase formation in a relatively short time, but did not permit a control on growth and morphology of the particles. A series of techniques was used to characterize the samples and the results showed that the microwave-assisted hydrothermal method is effective in obtaining crystalline compounds with nanosized particles. It was observed that all samples show a photoluminescent behavior that change with the x concentration of network modifiers (Ba, Ca and Sr.). The radiactive emission in the visible blue-green presented by these materials is directly related to the presence of imperfections or local defects. These local defects can be caused by the displacentement of Ti transition metal within the unit cell of each compound, giving rise to distorted clusters (no symmetry breaking) or complex (containing oxygen vacancies or OH groups). The broad band observed in the photoluminescence spectra is characteristic of materials with a short-range structural order-disorder degree, indicating that during radioactive decay occurs a multiphoton process, associated to the presence of additional energy levels inside the band gap of these materials. The particles of each sintesized compound present different morphologies that are altered by the x concentration of network modifiers from nano to micrometer scales. The growth mechanism follows a non-classical pathway where the particles of each compound passes through a... (Complete abstract click electronic access below)