ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KẾT TINH LÊN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU BiFeO3-BaTiO3

Nguyễn Ngọc Minh; Vũ Trọng Trường; Bùi Văn Dân; Phạm Ngọc Thắng; Nguyễn Thị Thu; Phạm Văn Tuấn; Ngô Đức Quân

doi:10.34238/tnu-jst.12235

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KẾT TINH LÊN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU BiFeO3-BaTiO3

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 07/03/25 Ngày hoàn thiện: 09/05/25 Ngày đăng: 09/05/25

Các tác giả

1. Nguyễn Ngọc Minh, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên
2. Vũ Trọng Trường, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên
3. Bùi Văn Dân, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên
4. Phạm Ngọc Thắng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên
5. Nguyễn Thị Thu, Trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp
6. Phạm Văn Tuấn, Trường Vật liệu - Đại học Bách khoa Hà Nội
7. Ngô Đức Quân , Đại học Bách khoa Hà Nội

Tóm tắt

Vật liệu 0,7BiFeO₃-0,3BaTiO₃ được tổng hợp thông qua phương pháp sol-gel ở các nhiệt độ kết tinh là 800 ºC, 850 ºC, 900 ºC và 950 ºC nhằm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến cấu trúc và tính chất quang của vật liệu. Phân tích nhiễu xạ tia X cho thấy sự tồn tại đồng thời của pha mặt thoi R3c của BiFeO₃ và pha tứ giác P4mm của BaTiO₃. Khi nhiệt độ nung tăng lên, một sự chuyển pha từ pha mặt thoi sang pha tứ giác đã xảy ra. Hơn nữa, kích thước hạt tinh thể của vật liệu tăng lên khi nhiệt độ nung tăng. Năng lượng vùng cấm (E_g) của BiFeO₃- BaTiO₃giảm nhẹ từ 2,02 eV ở 800 ºC xuống còn 1,96 eV ở 950 ºC. Những thay đổi về cấu trúc và tính chất quang này là do quá trình chuyển pha từ kiểu đối xứng mặt thoi sang pha tứ giác khi nhiệt độ nung cao gây ra. Nghiên cứu này nhấn mạnh ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến cấu trúc và tính chất quang của BiFeO₃- BaTiO₃, cho thấy tiềm năng ứng dụng của vật liệu cho các thiết bị đa chức năng khi nhiệt độ kết tinh được tối ưu.

Từ khóa

BFO-BTO; Đa pha; Tính chất quang; Vật liệu không chì; Sol-gel

Toàn văn:

PDF (English)

Tài liệu tham khảo

[1] D. D. Dang, Q. H. Nguyen, H. T. Nguyen, D. Q. Ngo, T. L. Le, H. L. Nguyen, H. T. Nguyen, N. T. Nguyen, and H. B. Luong, "Biferroic properties of Fe-doped Ba(Ti,Zr)O₃ materials," Materials Letters, vol. 283, 2021, Art. no. 128897.

[2] D. D. Dang, H. L. Nguyen, T. K. P. Le, H. T. Nguyen, H. B. Luong, T. T. Dang, V. V. Pham, D. Q. Ngo, and Q. V. Dang, "Optical properties of a new (1−x)Bi_1/2Na_1/2TiO₃ + xPr_1/2Na_1/2TiO₃ solid solution system,” Materials Letters, vol. 302, 2021, Art. no. 130381.

[3] D. D. Dang, H. T. Nguyen, T. T. T. Chu, Q. H. Nguyen, H. B. Luong, H. T. Nguyen, D. Q. Ngo, N. T. Nguyen, and H. L. Nguyen, "Observation of the ferromagnetic and nonlinear dielectric properties of Mn-doped 0.8BaTiO₃–0.2BaZrO₃ compounds,” Applied Physics A, vol. 127, 2021, Art. no. 61.

[4] D. C. Nguyen, D. P. Bui, V.K. Phan, Q. D. Tran, T. A. Ho, T. H. Nguyen, V. C. Le, H. T. Nguyen, .T. M. H. Nguyen, D. D. Dang, D. Q. Ngo, M. D. Tran, T. L. Phan, D. T. Pham, and D. T. Bui, "Synthesis and Microwave Absorption Properties of Novel Bi_1/2(Na_0.8K_0.2)_1/2TiO₃/Fe₃O₄ Composite,” Materials Transactions, vol. 64, pp. 2450-2456, 2023.

[5] Q. D. Nguyen, H. L. Nguyen, X. D. Luong, V. V. Pham, D. Q Ngo, and D. D. Dang, "Enhanced room temperature ferromagnetism in YMnO₃-modified lead-free ferroelectric Bi_0.5Na_0.5TiO₃ materials,” Applied Physics A, vol. 129, 2023, Art. no. 547.

[6] T. T. H. Le, T. T. Vu, D. Q. Ngo, X. T. Cao, T. T. Duong, D. H. Nguyen, N. K. Tran, and V. T. Pham, "Microstructure and photocatalytic activity of SnO₂:Bi³⁺ nanoparticles,” Optical Materials, vol. 137, 2023, Art. no. 113552.

[7] D. Q. Ngo, V. T. Pham, D. M. Nguyen, and R. Guus, "Influence of heterostructure on structure, electric and magnetic properties of Bi_0.5(Na_0.80,K_0.20)_0.5TiO₃/BaZrO₃ films prepared by the sol–gel method,” Japanese Journal of Applied Physics, vol. 62, 2023, Art. no. 040901.

[8] X. L. Liang, and J. Q. Dai, "Prominent ferroelectric properties in Mn-doped BiFeO₃ spin-coated thin films,” Journal of Alloys and Compounds, vol. 886, 2021, Art. no. 161168.

[9] N. A. Spaldin and M. Fiebig, "The Renaissance of Magnetoelectric Multiferroics,” Science, vol. 309, pp. 391-392, 2005.

[10] D. Q. Ngo, D. M. Nguyen, and R. Guus, "Influence of BiFeO₃ perovskite on the structure and magnetic properties of lead-free Bi_0.5Na_0.4K_0.1TiO₃ films,” Japanese Journal of Applied Physics, vol. 60, 2020, Art. no. 010902.

[11] K. Fujii, H. Kato, K. Omoto, Ma. Yashima, J. Chen, and X. Xing, "Experimental visualization of the Bi–O covalency in ferroelectric bismuth ferrite (BiFeO₃) by synchrotron X-ray powder diffraction analysis,” Physical Chemistry Chemical Physics, vol. 15, pp. 6779-6782, 2013.

[12] Y. Wang, and C. W. Nan, "Effect of Tb doping on electric and magnetic behavior of BiFeO₃ thin films,” Journal of Applied Physics, vol. 103, 2008, Art. no. 024103.

[13] A. R. Makhdoom, M. J. Akhtar, M. A. Rafiq, and M. M. Hassan, "Investigation of transport behavior in Ba doped BiFeO₃,” Ceramics International, vol. 38, pp. 3829-3834, 2012.

[14] D. Kothari et al., "Study of the effect of Mn doping on the BiFeO₃ system,” Journal of Physics: Condensed Matter, vol. 19, 2007, Art. no. 136202.

[15] W. Prellier, M. P. Singh, and P. Murugavel, "The single-phase multiferroic oxides: from bulk to thin film,” Journal of Physics: Condensed Matter, vol. 17, 2005, Art. no. R803.

[16] C. Ederer, and N. A. Spaldin, "Influence of strain and oxygen vacancies on the magnetoelectric properties of multiferroic bismuth ferrite,” Physical Review B, vol. 71, 2005, Art. no. 224103.

[17] G. Catalan and J. Scott, "Physics and Applications of Bismuth Ferrite,” Advanced Materials, vol. 21, pp. 2463-2485, 2009.

[18] T. Rojac, A. Bencan, B. Malic, G. Tutuncu, J. Jones, J. Daniels, and D. Damjanovic, "BiFeO₃ Ceramics: Processing, Electrical, and Electromechanical Properties,” Journal of the American Ceramic Society, vol. 97, 2014, Art. no. 12982.

[19] D. Wang, M. Wang, L. Fengbin, Y. Cui, Q. Zhao, H. Sun, H. Jin, and M. Cao, "Sol–gel synthesis of Nd-doped BiFeO₃ multiferroic and its characterization,” Ceramics International, vol. 41, 2015, Art. no. 8768.

[20] I. H. Ismailzade, R. M. Ismailov, A. I. Alekberov, and F. M. Salaev, "Investigation of the magnetoelectric (ME) effect in solid solutions of the systems BiFeO₃‐BaTiO₃ and BiFeO₃‐PbTiO₃,” Physica Status Solidi (a), vol. 68, pp. K81-K85, 1981.

[21] M. M. Kumar, A. Srinivas, and S. Suryanarayana, "Structure Property Relations in BiFeO₃/BaTiO₃ Solid Solutions,” Journal of Applied Physics, vol. 87, pp. 855-862, 2000.

[22] S. Leontsev, and R. Eitel, "Dielectric and Piezoelectric Properties in Mn‐Modified (1−x)BiFeO₃–xBaTiO₃ Ceramics,” Journal of the American Ceramic Society, vol. 92, pp. 2957-2961, 2009.

[23] M. H. Lee et al., "High-Performance Lead-Free Piezoceramics with High Curie Temperatures,” Adv. Mater, vol. 27, pp. 6976-6982, 2015.

[24] J. Zhao, S. Liu, W. Zhang, Z. Liu, and Z. Liu, " Structural and magnetic properties of Er-doped BiFeO₃ nanoparticles,” J. Nanopart. Res., vol. 15, 2013, Art. no. 1969.

[25] S. M. Selbach, M. A. Einarsrud, and T. Grande, "On the thermodynamic stability of BiFeO₃,” Chem. Mater, vol. 21, 2009, Art. no. 169.

[26] P. Ren, H. Fan, and X. Wang, "Electrospun nanofibers of ZnO/BaTiO₃ heterostructures with enhanced photocatalytic activity,” Catalysis Communications, vol. 25, pp. 32-35, 2012.

[27] A. Jindal, A. Agarwal, and P. Aghamkar, "Structural changes and magnetism in Bi_1−xBa_xFeO₃(x = 0, 0.1, 0.2, 0.3) nanopowders,” Applied Physics A, vol. 124, 2018, Art. no. 323.

[28] B. Ramachandran, A. Dixit, R. Naik, G. Lawes, and M. S. R. Rao, "Charge transfer and electronic transitions in polycrystalline BiFeO₃,” Physical Review B, vol. 82, 2010, Art. no. 012102.

[29] S. T. Zhang, Y. Zhang, M. H. Lu, C. L. Du, Y. F. Chen, Z. G. Liu, Y. Y. Zhu, N. B. Ming, and X. Q. Pan, "Substitution-induced phase transition and enhanced multiferroic properties of Bi_{1− x}La_xFeO₃ ceramics,” Applied Physics Letters, vol. 88, 2006, Art. no. 162901.

[30] W. Zhou, H. Deng, H. Cao, J. He, J. Liu, P. Yang, and J. Chu, "Effects of Sm and Mn co-doping on structural, optical and magnetic properties of BiFeO₃ films prepared by a sol–gel technique,” Materials Letters, vol. 144, pp. 93-96, 2015.

TRANSLATE with xEnglishArabic Hebrew Polish Bulgarian Hindi Portuguese Catalan Hmong Daw Romanian Chinese Simplified Hungarian Russian Chinese Traditional Indonesian Slovak Czech Italian Slovenian Danish Japanese Spanish Dutch Klingon Swedish English Korean Thai Estonian Latvian Turkish Finnish Lithuanian Ukrainian French Malay Urdu German Maltese Vietnamese Greek Norwegian Welsh Haitian Creole Persian

var LanguageMenu; var LanguageMenu_keys=["ar","bg","ca","zh-CHS","zh-CHT","cs","da","nl","en","et","fi","fr","de","el","ht","he","hi","mww","hu","id","it","ja","tlh","ko","lv","lt","ms","mt","no","fa","pl","pt","ro","ru","sk","sl","es","sv","th","tr","uk","ur","vi","cy"]; var LanguageMenu_values=["Arabic","Bulgarian","Catalan","Chinese Simplified","Chinese Traditional","Czech","Danish","Dutch","English","Estonian","Finnish","French","German","Greek","Haitian Creole","Hebrew","Hindi","Hmong Daw","Hungarian","Indonesian","Italian","Japanese","Klingon","Korean","Latvian","Lithuanian","Malay","Maltese","Norwegian","Persian","Polish","Portuguese","Romanian","Russian","Slovak","Slovenian","Spanish","Swedish","Thai","Turkish","Ukrainian","Urdu","Vietnamese","Welsh"]; var LanguageMenu_callback=function(){ }; var LanguageMenu_popupid='__LanguageMenu_popup';

// ]]>

var intervalId = setInterval(function () { if (MtPopUpList) { LanguageMenu = new MtPopUpList(); var langMenu = document.getElementById(LanguageMenu_popupid); var origLangDiv = document.createElement("div"); origLangDiv.id = "OriginalLanguageDiv"; origLangDiv.innerHTML = "ORIGINAL: "; langMenu.appendChild(origLangDiv); LanguageMenu.Init('LanguageMenu', LanguageMenu_keys, LanguageMenu_values, LanguageMenu_callback, LanguageMenu_popupid); window["LanguageMenu"] = LanguageMenu; clearInterval(intervalId); } }, 1);

// ]]>

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.12235

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ