Để nghiên cứu ảnh hưởng của sự thay thế Li cho vị trí Na lên tính chất hấp thụ của gốm BNKTZ, chúng tôi đã đo phổ hấp thụ của hệ mẫu. Ảnh hưởng của sự thay thế Li vào vị trí A lên quang phổ hấp thụ ở nhiệt độ phòng của gốm BNKTZ được minh họa trong hình 4.5(a). Tất cả các mẫu gốm đều cho phổ hấp thụ trong vùng ánh sáng khả kiến. Phổ hấp thụ cho thấy một sự dịch chuyển nhỏ sang phía ánh sáng đỏ khi nồng độ Li thay thế tăng, điều này khẳng định rằng sự bổ sung ion Li+ đã làm thay đổi độ rộng vùng cấm (Eg) của gốm BNKTZ. Giá trị Eg liên hệ với hệ số hấp thụ và năng lượng photon bởi công thức αhν ~ (hν-Eg)n, trong đó α là hằng số hấp thụ, h là hằng số Planck, ν là tần số ánh sáng, Eg độ rộng vùng cấm và n
là hằng số phụ thuộc vào các kiểu dịch chuyển điện tử (n = ½, 2, 3/2, hoặc 3 tương ứng với kiểu chuyển mức cho phép trực tiếp, cho phép gián tiếp, cấm trực tiếp, cấm gián tiếp) [130].
Để thuận tiện hơn cho việc phân tích, bình phương độ hấp thụ của gốm BNKTZ–xLi ứng với các nồng độ Li thay thế khác nhau được biểu diễn theo năng lượng như minh họa trên hình 4.5(b). Các giá trị Eg của gốm BNKTZ–xLi được xác định bằng phương pháp ngoại suy phần tuyến tính của đường cong hấp thụ. Độ rộng vùng cấm được tính toán với n = ½ ứng với kiểu dịch chuyển trực tiếp và được tổng hợp theo nồng độ Li thay thế trong bảng 4.3. Sự thay đổi độ rộng vùng cấm của gốm theo nồng độ Li được minh họa trong hình 4.5 (b). Hình vẽ cho thấy độ rộng vùng cấm giảm nhẹ từ 2,88 eV đến 2,68 eV khi nồng độ ion Li+ thay thế tăng từ 0 đến 5 mol.%. Ảnh hưởng của kiểu liên kết lai hóa giữa A-O và B-O đến độ rộng vùng cấm của cấu trúc perovskite ABO3 được báo cáo cho nhiều vật liệu sắt điện như PbTiO3, SrTiO3, hoặc các dung dịch rắn ABO3–ABO3 [91], [92], [94]. Vì vậy
chúng tôi cho rằng sự giảm Eg trong gốm BNKTZ bắt nguồn từ sự thay đổi liên kết giữa vị trí A và ô xy khi Li được thay thế.
Bảng 4.3 Độ rộng vùng cấm (Eg) của gốm BNKTZ-xLi theo nồng độ Li thay thế
x 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05
Eg (eV) 2,877 2,754 2,735 2,724 2,712 2,678
λ (nm) 431,8 451,0 454,2 456,0 458,0 463,8
Hình 4.5 (a) Quang phổ hấp thụ UV-Vis ở nhiệt độ phòng của gốm BNKTZ-xLi và (b) bình phương hệ số hấp thụ của gốm BNKTZ-xLi được biểu diễn theo năng lượng
sóng. Giản đồ kèm theo hình 4.5 (b) minh họa độ rộng vùng cấm của gốm BNKTZ- xLi theo nồng độ Li thay thế.