Hình 3.13 biểu diễn phổ UV-vis của vật liệu BTO và vật liệu BTO pha tạp Pr với các tỉ lệ khác nhau. Tương tự như đối với trường hợp BTO pha tạp Er, khi pha tạp ta thấy bờ hấp thụ khoảng 318 nm và hầu như không đổi cho mẫu vật liệu BTO và BTO pha tạp Pr. Tuy nhiên sự xuất hiện các đỉnh hấp thụ nhỏ ở 446 nm và 560 nm khi pha tạp cho thấy sự xuất hiện các mức năng lượng định xứ.
Hình 3.14 biểu diễn phương pháp Wood-Tauc xác định độ rộng vùng cấm của BTO và BTO pha tạp Pr tương tự như tính toán đối với hệ BTO pha tạp Er. Kết quả tính toán xác định độ rộng vùng cấm quang được thể hiện trên Hình 3.15. Kết quả cho thấy, khi pha tạp Pr thì độ rộng vùng cấm quảng của vật liệu BTO có sự giảm nhỏ từ 3,24 eV về khoảng 3,12 eV cho 9 %mol Pr pha tạp BTO. Sự thay đổi độ rộng vùng cấm quang theo nồng độ Pr pha tạp của vật liệu BTO là không đáng kể. Sự thay đổi nhỏ về giá trị độ rộng vùng cấm được giải thích do mức tạp định xứ của Pr nằm ngay dưới vùng dẫn trong cấu trúc điện tử của BTO.
Hình 3.14. Phương pháp Wood-Taux xác định năng lượng vùng cấm của vật liệu BTO và BTO pha tạp Pr
Hình 3.15. Kết quả năng lượng vùng cấm của BTO và BTO pha tạp Pr với tỉ lệ khác nhau
3.2.5. Tính chất phát quang của vật liệu
Tính chất phát quang của vật liệu BTO và Pr pha tạp vật liệu BTO với các hàm lượng Pr khác nhau thể hiện trên Hình 3.16.
Kết quả cho thấy, cũng tương tự như trường hợp pha tạp Er, khi pha tạp Pr xuất hiện các cùng phát quang về bước sóng dài hơn.
Khi pha tạp Pr ta thấy xuất hiện thêm các vạch phát xạ ở các bước sóng 546 nm (vai 542 nm) và 590 nm (vai 578 nm và 582 nm) và một số vạch phát quang với cường độ yếu hơn tại bước sóng 738 nm, 745nm, 763 nm. Rõ ràng các giá trị này lớn hơn trong trường hợp pha tạp Er. Và giá trị các vạch này có cường độ cũng tăng mạnh khi nồng độ pha tạp lớn hơn từ 1%mol đặc biệt ở bước sóng 546 nm, còn cao hơn cả bước sóng phát quang của bản thân BTO. Điều đó chứng tỏ vật liệu BTO phát quang mạnh trong vùng ánh sáng khả kiến khi có sự xuất hiện của tạp kim loại đất hiếm.
Như vậy, khi pha tap Er và Pr ta thấy xuất hiện vùng phát quang có bước sóng dài hơn thể hiện sự hình thành trạng thái định xứ của mức nặng lượng trong vùng cấm. Nguyên tố đất hiếm khác nhau thì có sự dịch chuyển bước sóng khác nhau nhưng về hành vi là tương tự nhau. Kết quả đó rất quan trọng vì đã tích hợp được đặc trưng phát quang tại vùng khả kiến cho vật liệu áp điện BTO. Vật liệu phát quang trong vùng khả kiến hứa hẹn mở ra khả năng tích hợp đặc trưng quang-điện trên linh kiên điện tử thông minh.
KẾT LUẬN
1. Đã chế tạo thành công vật liệu BaTiO3 và BTO pha tạp đất hiếm là Er và Pr bằng phương pháp sol-gel.
2. Kích thước hạt đơn tinh thể là không có sự thay đổi nhiều nhưng sự phát triển hình thái bề mặt là không đồng đều.
3. Vật liệu BTO và BTO pha tạp Er, Pr đều có cấu trúc tetragonal.
4. Độ rộng vùng cấm quang của vật liệu BTO thay đổi nhỏ khi có sự xuất hiện của tạp Er cũng như Pr.
5. Vật liệu BTO phát quang mạnh trong vùng ánh sáng khả kiến khi pha tạp Er và Pr.
TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT
1. Lương Văn Việt,(2013), “Chế tạo, nghiên cứu và khả năng ứng dụng của vật liệu perovskite có hệ số nhiệt điện trở dương”, Luận văn tiến sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội
TÀI LIỆU TIẾNG ANH
2.Anh L. D., Okamoto N., Seki M., Tabata H., Tanaka M., and Ohya S., 2017, “Hidden Peculiar Magnetic Anisotropy at the Interface in a Ferromagnetic Perovskite-Oxide Heterostructure.” Scientific Reports 7 (1), 1–7.
3. Djurišić, A. B., F. Z. Liu, H. W. Tam, M. K. Wong, A. Ng, C. Surya, W. Chen, and Z. B. He. 2017, “Perovskite Solar Cells - An Overview of Critical Issues.”
Progress in Quantum Electronics 53 (June), 1–37.
4. Fergus J. W., 2007, “Perovskite Oxides for Semiconductor-Based Gas Sensors.”
Sensors and Actuators, B: Chemical 123 (2), 1169–79.
5. Feteira A., Keith G. M., Rampling M. J., Kirk C. A., Reaney I. M., Sarma K., Mc Alford N., and Sinclair D. C., 2002, “Synthesis and Characterisation of Ga- Doped Hexagonal BaTiO3.” Crystal Engineering 5 (3-4 SPEC.), 439–48.
6.Glazer A. M., 2002, “The Classification of Tilted Octahedra in Perovskites.” Acta Crystallographica Section B Structural Crystallography and Crystal Chemistry
28 (11): 3384–92.
7. Hollenstein E., Matthew D., Dragan D., and Nava S., 2005, “Piezoelectric Properties of Li- and Ta-Modified (K0.5Na 0.5)NbO3 Ceramics.” Applied Physics Letters 87 (18), 1–3.
8. Kaminow I.P., 2008, “Principles and Applications of Ferroelectrics and Related Materials.” Proceedings of the IEEE 66 (10), 1299–1299.
9. Kułek J., Szafraniak I., Hilczer B., and Połomska M., 2007, “Dielectric and Pyroelectric Response of PVDF Loaded with BaTiO3 Obtained by Mechanosynthesis.” Journal of Non-Crystalline Solids 353 (47–51), 4448–52.
10. Langhammer H. T., Müller T., Felgner K. H., and Abicht H. P.. 2000, “Crystal Structure and Related Properties of Manganese-Doped Barium Titanate Ceramics.” Journal of the American Ceramic Society 83 (3), 605–11.
11, Ma N., Zhang B. P., Yang W. G., and Guo D., 2012, “Phase Structure and Nano- Domain in High Performance of BaTiO3 Piezoelectric Ceramics.” Journal of the European Ceramic Society 32 (5), 1059–66.
12. Mathur S., 2012, “Thin Film Deposition By Sol-Gel and CVD Processing of Metal-Organic Precursors.” Chemical Physics of Thin Film Deposition Processes for Micro- and Nano-Technologies, 91–118.
13. Meng D., Guo H., Cui Z., Ma C., Zhao J., Lu J., Xu H., et al. ,2018, “Strain- Induced High-Temperature Perovskite Ferromagnetic Insulator.” Proceedings of the National Academy of Sciences 115 (12): 2873–77.
14. Mitic V. V., Paunovic V., and Pavlovic V.,2014, “Microstructure and Dielectric Properties of Rare-Earth Doped BaTiO3 Ceramics.” Ferroelectrics 470 (1), 159–67. 15. Ross G., Montemezzani G., Bernasconi P., Zgonik M., and Günter P., 1996,
“Strong Ultraviolet Induced Absorption and Absorption Gratings in BaTiO3.”
Journal of Applied Physics 79 (7), 3665–68.
16. Simon S. L., Hajjaji A., Emziane Y., Guiffard B., and Guyomar D., 2007, “Re- Investigation of Synthesis of BaTiO3 by Conventional Solid-State Reaction and Oxalate Coprecipitation Route for Piezoelectric Applications.” Ceramics International 33 (1), 35–40.
17. Sinclair D. C., Janet M., Skakle S., Morrison F. D., Smith I., and Beales T. P., 1999, “Structure and Electrical Properties of Oxygen-Deficient Hexagonal BaTiO 3,” no. 2, 1327–31.
18. Sonia P. K., Kumar P., Prakash C., and Agrawal D. K., 2012, “Low Temperature Synthesis and Dielectric, Ferroelectric and Piezoelectric Study of Microwave Sintered BaTiO 3 Ceramics.” Ceramics International 38 (2), 1585–89.
20. Valasek J., 1921, “Piezo-Electric and Allied Phenomena in Rochelle Salt.”
Physical Review 17 (4): 475–81.
21. Yang F., Yang L., Ai C., Xie P., Lin S., Wang C.Z., and Lu X., 2018, “Tailoring Bandgap of Perovskite BaTiO3 by Transition Metals Co-Doping for Visible- Light Photoelectrical Applications: A First-Principles Study.” Nanomaterials 8 (7), 455.
22. Yu Z., Ang C., Guo R., and Bhalla A. S.,2002, “Piezoelectric and Strain Properties of Ba(Ti 1-XZr x)O 3 Ceramics.” Journal of Applied Physics 92 (3), 1489–93.