Síntese de PbTiO3, PbZrO3 e Pb(Ti,Zr)O3 via sol-gel polimérico e produção de filmes finos por spin-coating e sua caracterização microestrutural e de propriedades fotofísicas

Abstract

Este trabalho apresenta a síntese dos plumbatos de estrutura tipo perovskita (ABO3) PbTiO3, PbZrO3 e Pb(Ti,Zr)O3 por rota sol-gel não aquosa, bem como da produção de filmes finos dos precursores desses compostos sobre substratos de polimetilmetacrilato. Os compostos PbTiO3, PbZrO3 e Pb(Ti,Zr)O3 foram preparados e em seguida caracterizados pela técnica de difração de raios X (DRX) e por análise termogravimétrica (ATG). A molhabilidade entre a solução precursora e o substrato foi avaliada pela medida do ângulo de contato. A deposição dos filmes sobre substratos de PMMA foi feita pelo método de spin-coating, e os filmes produzidos foram caracterizados por espectrofotometria UV-Visível, elipsometria espectral e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os compostos preparados apresentaram a fase perovskita quando tratados a 750°C, no entanto, com tratamentos térmicos a temperaturas abaixo do ponto de fusão do PMMA (120ºC) ainda há alta quantidade de matéria orgânica, o que impossibilita a verificação clara das fases cristalinas. A solução não aquosa do sol-gel apresentou-se molhante ao substrato, o que valida a utilização do método de spin-coating para deposição dos filmes. Os filmes obtidos apresentam transparência na faixa de luz visível, elevada uniformidade na espessura e presença de trincas cuja quantidade aumentou com o número de camadas de deposição. Os valores de índice de refração variaram de 1,7 e 2,0, sendo crescente na ordem PbZrO3, Pb(Ti,Zr)O3 e PbTiO3. Os valores de energia de band gap óptico determinados com base nos valores de transmitância e espessura dos filmes foram entre 3,3 e 3,4 eV para todos os plumbatos investigados.

This work describes the synthesis of plumbates of perovskite-type structure (ABO3) PbTiO3, PbZrO3 and Pb(Ti,Zr)O3 by non-aqueous sol-gel route as well as the production of thin films of these compounds precursors on polymethyl methacrylate substrates. The compounds PbTiO3, PbZrO3 and Pb(Ti,Zr)O3 were prepared and then characterized by of X-ray diffraction (XRD) and thermogravimetric analysis (TGA). The wettability between the precursor solution and the substrate was evaluated by measuring the contact angle. The deposition of the films on PMMA substrates were made by spin-coating method, and the produced films were characterized by UV-Visible, spectral ellipsometry and scanning electron microscopy (SEM). The compounds had the perovskite phase when treated at 750 °C, however, with thermal treatments at temperatures below the melting point of PMMA (120 ° C) there is still high amount of organic matter, making it impossible to clear verification of crystalline phases. The non-aqueous sol-gel showed up wetting to the substrate, which validates the use of the spin-coating method for films deposition. The obtained films exhibit transparency in the visible light range, high uniformity in thickness and presence of cracks whose amount increased with the number of deposited layers. The refractive index values ranged from 1.7 to 2.0, and increasing in the order PbZrO3, Pb(Ti,Zr)O3 and PbTiO3. The optical band gap energy values based on the transmittance values and thickness of the films were between 3.3 and 3.4 eV for all investigated plumbates.