Estudo das propriedades óticas do sistema Ba(PrxZr1-x)O3

Abstract

O objetivo principal deste trabalho de dissertação foi estudar, através da espetroscopia Raman, as propriedades óticas do sistema BaPrxZr1-xO3 com vista a determinar modificações na estrutura cristalina provocadas pela incorporação de praseodímio. Foram realizados estudos onde se combinaram várias técnicas de análise ótica, espetroscopia Raman; fotoluminescência (PL) e refletância difusa (RD) e técnicas de análise morfológica e química; microscopia de varrimento atómico (SEM) e espetroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS). O estudo das propriedades óticas revelou que o aumento da fração molar de Pr provoca alterações na estrutura e grupo espacial de simetria sendo evidente para uma concentração nominal de x = 0,4. O estudo da dependência térmica na frequência das bandas Raman e respetiva largura a meia altura com a temperatura mostrou que o comportamento observado não pode ser explicado unicamente segundo o modelo do decaimento anarmónico envolvendo processos de três e quatro fonões. Foi estudada a influência da atmosfera de sinterização em duas amostras com e sem deficiência de bário, Ba0,95Pr0,2Zr0,8O3 e BaPr0,2Zr0,8O3. Os resultados experimentais revelaram a formação de várias fases cristalinas. Contudo,a diferença no comportamento das bandas de Raman intrínsecas ao material em estudo, indicou existir possibilidade do Pr ocupar também a posição A. A partir do PL e RD provou-se a existência do ião Pr3+ através da observação de auto-absorções típicas das transições intra-iónicas do ião. Os resultados da análise SEM e EDS permitiram concluir que as amostras apresentaram carbonatos e que a morfologia e a densidade dependia das concentrações do Pr.

The main objective of this dissertation was to study the optical properties of BaPrxZr1-xO3 system through Raman spectroscopy, in order to determine changes to the crystalline structure resulting from Pr doping. Studies with different optical techniques were carried out, including Raman spectroscopy, photoluminescence (Pl) and diffuse reflectance (DR), and morphological and chemical l techniques such as scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The study of the optical properties lead to the observation of structural and space group changes with increasing Pr content, namely for x = 0.4. The temperature dependence the Raman shift and FWHM of the main Raman bands cannot be explained purely on the basis of an anharmonic model involving three and four phonons. The influence of the sintering atmosphere on samples with and without barium were studied for two samples, Ba0,95Pr0,2Zr0,8O3 and BaPr0,2Zr0,8O3. The experimental results revealed the existence of various phases and also suggest that Pr can be found at the A site, based on the behavior of the intrinsic Raman bands of these materials. PL and DR showed the presence of Pr3+, as the latter's characteristic auto-absorptions were observed. Through SEM and EDS results it was concluded that all samples contain carbonates and that the morphology and density were influenced by the Pr content.