3.1.2. Hình thái bề mặt của vật liệu
Hình thái bề mặt của BTO và BTO pha tạp Pr được xác định thông qua ảnh SEM thể hiện trên Hình 3.9.
Hình 3. 9. Ảnh SEM vật liệu: (a) BTO; (b) BTO+0.5Pr; (c) BTO+1Pr; (d) BTO+3Pr; (e) BTO+5Pr; (f) BTO+7Pr; (g) BTO+9Pr
Kết quả cho thấy kích thước hạt của BTO pha tạp Pr không đồng đều với kích thước phân bố trong dải từ vài chục đến khoảng trăm nanomet. Tương tự như trường hợp BTO pha tạp Er đã nghiên cứu ở trên, ta có thể thấy có sự thay đổi nhiều về mặt hình thái và cấu trúc khi quan sát ảnh SEM. Phân tích hơn về nó có thể sử dụng phương pháp XRD mà ta sẽ trình bày ở phần tiếp theo.
3.2.2. Thành phần nguyên tố của vật liệu
Thành phần nguyên tố của vật liệu được xác định bằng phương pháp phổ EDX thể hiện trên Hình 3.10. Vùng lấy thành phần nguyên tố của mẫu được thể hiện trên hình chèn của phổ thành phần. Kết quả phân tích thành phần từ phổ EDX trên Hình 3.10 (b) cũng cho thấy cho mẫu BTO pha tạp Pr với tỉ lệ 9% mol xuất hiện các đỉnh đặc trưng của nguyên tố Pr tại vùng năng lượng khoảng 5.5 keV đồng thời với việc xuất hiện các đỉnh phổ của nguyên tố vật liệu gốc Ba, Ti và OĐó chính là bằng chứng rõ ràng cho sự tồn tại của nguyên tố Pr trong vật liệu gốc BTO.
3.2.3. Cấu trúc của vật liệu
Cấu trúc của vật liệu BTO và BOT pha tạp Pr được xác định thông qua nhiễu xạ tia X. Hình 3.11(a) là giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của vật liệu BTO và BTO pha tạp Pr với các tỉ lệ Pr theo hàm lượng mol khác nhau từ 0.5 đến 9 %mol. Tương tự như đối với mẫu BTO pha tạp Er, giản đồ XRD của Pr pha tạp BTO cũng chỉ ra rằng cấu trúc tetragonal của vật liệu BTO không thay đổi trước và sau khi pha tạp do vị trí các đỉnh và số lượng các đỉnh không có sự thay đổi Điều đó chứng tỏ vật liệu BTO không có sự chuyển pha khi pha tạp đất hiếm Er và Pr. Đỉnh nhiễu xạ của các pha tạp như TiO2 hay sự tiết pha của các pha khác không thu được trên giản đồ nhiễu xạ tia X. Ảnh hưởng của nguyên tố Pr đến cấu trúc mạng tinh thể của vật liệu BTO được thể hiện rõ hơn trên Hình 3.11 (b) khi góc nhiễu xạ 2 được phóng to trong dải từ 30 đến 33. Đỉnh nhiễu xạ có xu hướng dịch về phía góc 2 lớn là khá rõ ràng, điều đó chứng tỏ hằng số mạng tinh thể của mẫu BTO giảm khi hàm lượng tạp Pr tăng lên. Điều này được giải thích một cách tương tự sư là sự cạnh tranh giữa bán kính ions của tạp Pr với cations của vật liệu BTO gốc. Đồng thời, sự xuất hiện của các nút khuyết oxy trong cấu trúc mạng tinh thể cũng là một nguyên nhân gây ra sự co mạng đáng kể trong cấu trúc BTO.
Hình 3.11 (b) là đỉnh nhiễu xạ có cường độ mạnh nhất cho thấy khi tỉ lệ pha tạp càng lớn thì độ rộng của phổ càng cao và có xu hướng dịch chuyển sang phải. Như đã phân tích đối với pha tạp Er đó là do sự thay đổi kích thước hạt và hằng số mạng khi pha tạp. Sử dụng phương trình Scherrer 3.1. ta có thể tính được kích thước hạt trung bình theo Bảng 3.2.
Bảng 3. 2. Kích thước hạt tính sử dụng phương trình Scherrer từ phổ XRD của BTO và BTO pha tạp Pr với tỉ lệ khác nhau
STT Ký hiệu mẫu λ (nm) FWHM
(rad) β (rad) 2θ cosθ r (nm)
1 BTO 0,1546 0,317 5,53.10-3 31,52 0,9624 26
2 BTO-0,5Pr 0,1546 0,321 5,60.10-3 31,54 0,9623 25
3 BTO-1Pr 0,1546 0,327 5,71.10-3 31,53 0,9623 25
4 BTO-3Pr 0,1546 0,332 5,79.10-3 31,54 0,9623 25
Hình 3.11. Giản đồ nhiễu xạ tia X của BTO như là hàm của hàm lượng pha tạp Pr và (b) đỉnh nhiễu xạ (101) và (110)
Kết quả cho thấy không có sự thay đổi kích thước hạt tinh thể theo hàm lượng Pr pha tạp vào vật liệu BTO. Kết quả này cùng phù hợp với việc tính toán xác định ảnh hưởng của tạp Er cũng như nồng độ pha tạp Er đến kích thước hạt tinh thể của BTO. Qua đó cho thấy, vật liệu đa tinh thể có cấu trúc perovskite BTO pha tạp Pr được chế tạo thành công bằng phương pháp sol-gel.
Hình 3.12 biểu diễn phổ Raman của vật liệu BTO và BTO pha tạp Pr. Kết quả tương tự như trường hợp BTO pha tạp Er mà chúng tôi đã biện luận ở trên cho thấy sự pha tạp hầu như không thay đổi hình dạng phổ tán xạ Raman. Điều đó cũng phù hợp với kết quả nghiên cứu cấu trúc của BTO khi pha tạp Pr cho thấy vật liệu đơn pha với cấu trúc perovskite.