Síntese e caracterização de materiais luminescentes de composição SrTiO3:Pr, Al em diferentes morfologias

Abstract

O titanato de estrôncio (SrTiO3) é um material de estrutura perovskita que possui interessantes propriedades estruturais, elétricas e luminescentes. Ele pode ser produzido por diferentes rotas de síntese, tais como o método hidrotermal e método dos precursores poliméricos. Atualmente, este composto tem sido intensamente estudado por pesquisadores da área dos materiais, que se empenham em estudar as suas propriedades, tais como a emissão fotoluminescente, cujo interesse é entender o mecanismo de emissão fotoluminescente e sua relação com a morfologia das amostras. Tem sido reportado na literatura que a adição de agentes dopantes na estrutura do SrTiO3 modifica sua matriz, dando origem a novas propriedades ou intensificando outras. Mais ainda, a adição de átomos de praseodímio no SrTiO3 favorece a emissão de fotoluminescência na região do vermelho. Além disso, estudos têm mostrado que a incorporação de átomos de alumínio na estrutura do SrTiO3:Pr causam defeitos na matriz hospedeira e estes podem ser benéficos ou prejudiciais à emissão fotoluminescente. Neste trabalho, átomos de alumínio foram incorporados a dez amostras de SrTiO3 por duas rotas de síntese diferentes, com o objetivo de estudar como a morfologia e os defeitos gerados influenciam a emissão luminescente. O método da síntese hidrotermal e o método dos precursores poliméricos foram utilizados para realizar a síntese do composto Sr1-yPryTi1-xAlxO3. As cinco amostras produzidas por cada um dos métodos foram caracterizadas pela técnica da difração de raios X, espectroscopia Raman, emissão de fotoluminescência e microscopia de eletrônica de varredura (MEV). Os difratogramas de raios X gerados mostraram a ausência de fases cristalinas secundárias, evidenciando que os métodos utilizados são viáveis para as sínteses destes compostos. Espectros de fotoluminescência mostram que as amostras do método dos precursores poliméricos apresentam maior emissão do que as amostras do método hidrotermal. Um comportamento atípico da emissão de uma das amostras de Al do método hidrotermal foi observado, evidenciando uma maior quantidade de defeitos nas amostras deste método de síntese. A espetroscopia Raman mostrou que a incorporação de átomos de Al na estrutura do SrTiO3:Pr altera alguns modos vibracionais. Além disso, a concentração de 3,0% de átomos de alumínio (x = 0,03) foi a que mais favoreceu a emissão fotoluminescente na região entre 608-611 nm para ambos os métodos devido à maior concentração de defeitos na rede ocasionados pela incorporação dos átomos de Al.

Strontium titanate (SrTiO3) is a material of perovskite structure that has interesting structural, electrical and luminescent properties. It can be produced by different synthesis routes, such as the hydrothermal method and the polymer precursor method. Currently, this compound has been intensively studied by researchers in the field of materials, who strive to study its properties, such as photoluminescent emission, whose interest is to understand the mechanism of photoluminescent emission and its relationship with the morphology of the samples. It has been reported in the literature that the addition of doping agents to the structure of SrTiO3 modifies its matrix, giving rise to new properties or intensifying others. Furthermore, the addition of praseodymium atoms in SrTiO3 favors the emission of photoluminescence in the red region. In addition, studies have shown that the incorporation of aluminum atoms into the structure of SrTiO3: Pr causes defects in the host matrix and these can be beneficial or harmful to photoluminescent emission. In this work, aluminum atoms were incorporated into ten SrTiO3 samples by two different synthesis routes, in order to study how the morphology and the generated defects influence the luminescent emission. The hydrothermal synthesis method and the polymeric precursor method were used to carry out the synthesis of the compound Sr1-yPryTi1-xAlxO3. The five samples produced by each method were characterized by X-ray diffraction, Raman spectroscopy, photoluminescence emission and scanning electron microscopy (SEM). The X-ray diffractograms generated showed the absence of secondary crystalline phases, showing that the methods used are viable for the synthesis of these compounds. Photoluminescence spectra show that samples of the polymeric precursor method have higher emission than samples of the hydrothermal method. An atypical behavior of the emission of one of the samples of Al from the hydrothermal method was observed, showing a greater amount of defects in the samples of this method of synthesis. Raman spectroscopy showed that the incorporation of Al atoms in the structure of SrTiO3: Pr alters some vibrational modes. In addition, the concentration of 3.0% of aluminum atoms (x = 0.03) was the one that most favored the photoluminescent emission in the region between 608-611 nm for both methods due to the higher concentration of defects in the network caused by incorporation of Al atoms.