Estudo das propriedades estruturais e ópticas do sistema multifuncional Na0.5(Bi1-xSmx)0.5TiO3

Abstract

Neste trabalho, os efeitos da variação do teor de íons de Sm3+ sobre as propriedades estruturais e ópticas do sistema multifuncional Na0,5(Bi1-xSmx)0,5TiO3 (NBT e NBTSmx) foram investigadas por Difração de Raios-X, Absorção Óptica na região Ultravioleta-Visível (UV-Vis), Espectroscopia Raman e Espectroscopia de Fotoluminescência (PL). As amostras Na0,5(Bi1-xSmx)0,5TiO3 (x = 0,000, 0,005, 0,010, 0,015 e 0,020) foram sintetizadas pelo método de reação de estado sólido e, posteriormente, tratadas termicamente. O método de Rietveld foi utilizado para refinar os dados de DRX. Os resultados desses refinamentos indicaram que as amostras NBT pura e dopadas com Sm3+ (NBTSmx) apresentaram a coexistência das fases romboédrica (R3c) e tetragonal (𝑃4𝑏𝑚) em diferentes proporções, as quais são dependentes do teor de Sm3+. Os dados de UV-Vis revelaram que o band gap óptico das amostras de NBTSmx decresce sistematicamente com o aumento de teor de Sm3+, evidenciando assim a substituição dos íons de Bi3+ por íons de Sm3+. Em complemento, foi verificado por espectroscopia Raman, que a substituição dos íons de Bi3+ por íons de Sm3+ leva ao encurtamento das ligações Na/Bi-O. Foi demostrado que esse comportamento é responsável pelo aumento da simetria local do octaedro TiO6 e pelo consequente decréscimo da relação entre as fases romboédrica/tetragonal, como observado por DRX. Os resultados de medidas PL revelam a emissão de fotoluminescência típicas das transições entre os estados 4G5/2 → 6Hj (j = 5/2, 7/2, 9/2, 11/2, 13/2) do íon de Sm3+. Além do mais, foi constatada a presença de processos de recombinação não radiativos, e que esses são dependentes tanto da intensidade de excitação quanto do teor de Sm3+.