Propriedades ferroelétricas, microestruturais e ópticas dos materiais cerâmicos Ba0,5Sr0,5(Ti1−ySny)O3

Abstract

Materiais cerâmicos à base de titanato de estrôncio e bário puro (BST) e dopado com estanho (BST:Sn), apresentam propriedades ferroelétricas e ópticas com importantes aplicações tecnológicas. Essas propriedades dependem da estequiometria do material, rota de síntese e processamento e dopagem. No presente trabalho foi desenvolvido o estudo das propriedades ferroelétricas, microestruturais e ópticas do sistema Ba0,5Sr0,5(Ti1−ySny)O3, em variadas porcentagens molares (mol %), para pós e filmes sintetizados pelo método dos precursores poliméricos (MPP). Neste método foram utilizados, como principais fontes de cátions, carbonato de bário, carbonato de estrôncio e isopropóxido de titânio. Como agente complexante foi utilizado o ácido cítrico e como agente polimerizante o etilenoglicol. Após a preparação, os pós e os filmes com estruturas desordenadas e cristalinas foram caracterizados por diferentes técnicas como as de difração de raios X (DRX), análise termogravimetrica (TG) e térmica diferencial (DTA), espectroscopia na região do Ultravioleta–Visível (UV-Vis), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET), microscopia de força atômica (MFA), espectroscopia Raman e infravermelho (IV) com transformada de Fourier, para investigação da formação metal–oxigênio (M-O) no material. Os espectros de emissão à temperatura ambiente do sistema Ba0,5Sr0,5Ti1−ySnyO3 (y = 0,00; 0,05; 0,10 e 0,20) foram obtidos e analisados. Para obtenção dos pós e filmes com estrutura desordenada, estes foram calcinados a temperaturas de 300-350◦C, em atmosfera de oxigênio e em diferentes intervalos de tempo. O tratamento térmico foi usado para que ocorresse a queima do material orgânico sem, portanto, chegar a cristalização do material. Os filmes e pós cristalinos foram obtidos após calcinação a 700◦C por 2 e 4 horas, respectivamente, onde as análises de DRX do BST puro apresentaram estruturas perovskitas sem a presença de uma segunda fase. Os filmes finos foram preparados por “spin-coating” sobre substrato de Pt/Ti/SiO2/Si. Os resultados das propriedades ferroelétricas, microestruturais e ópticas do material estudado, aqui, apresentam melhores resultados que os já publicados. Os pós e filmes de BST e BST:Sn foram excitados com um laser de íon argônio cujo comprimento de onda é de 488 nm em temperatura ambiente. Bandas largas características da fotoluminescência (PL) destes materiais são observadas na região do visível. O pico de máxima intensidade foi observado na região da cor laranja para os pós e na região da cor verde para os filmes finos. Os resultados experimentais e os cálculos mecânico-quânticos, realizados utilizandose métodos de cálculos “ab inítio” com o programa CRISTAL98, indicaram que a PL pode estar associada com defeitos presentes na estrutura desordenada do BST e BST:Sn. As medidas de absorbância associadas com a caracterização fotoluminescente sugerem um “band gap” não uniforme com níveis de energia localizados dentro da região do “gap”, os quais atuam como centro de absorção óptica e isto é a principal razão pela PL visível em temperatura ambiente.