Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2023, 14 (4), 467–478
Structural, electrical, optical and phase investigation of perovskite barium zirconate (BaZrO3) nanoparticles prepared through auto-combustion technique
J. Abimalar – Department of Physics and Research Centre, Scott Christian College (Autonomous), Nagercoil – 629 003, Tamil Nadu; Manonmaniam Sundaranar University, Abishekapatti, Tirunelveli – 627 012, Tamil Nadu, India
V. Anslin Ferby – Department of Physics and Research Centre, Scott Christian College (Autonomous), Nagercoil – 629 003, Tamil Nadu; Manonmaniam Sundaranar University, Abishekapatti, Tirunelveli – 627 012, Tamil Nadu, India
Corresponding author: J. Abimalar, jabimalar98@gmail.com
DOI 10.17586/2220-8054-2023-14-4-467-478
ABSTRACT The BaZrO3 ceramics were prepared via sol-gel auto-combustion technique with three Fuel to Oxidant (F/O) ratios (φ = 0.5, 1.0 and 1.5) and annealed at 1200 °C for 2 hours. X-ray diffraction (XRD) and Rietveld refinement data confirmed the cubic perovskite phase with the Pm3m (221) space group. These three samples are well indexed in JCPDS no: 06-0399. The ratio F/O = 1.0 gives one a small crystallite size and very high surface area. The ratio F/O = 1.5 provides a very high crystallite size and very low dislocation density. The oxygen vacancies in the samples were analyzed using Raman spectroscopy. The optical band gap energy value increases from 2.02 to 3.09 eV with increasing F/O ratio. Using of impedance spectroscopy for BaZrO3 at room temperature allows us to reveal decreasing Ionic conductivity with an increasing F/O ratio. The Nyquist plot for all samples exhibits a circular arc in the high-frequency zone and nearly a straight line in the low-frequency region. Due to the presence of low grain boundary with high ionic conductivity the BaZrO3 electrolyte material is used for energy storage in devices.
KEYWORDS nanoparticle, combustion synthesis, X-ray diffraction technique, Rietveld refinement analysis, FTRaman spectroscopy, UV-vis absorption spectrum, impedance
FOR CITATION Abimalar J., Anslin Ferby V. Structural, electrical, optical and phase investigation of perovskite barium zirconate (BaZrO3) nanoparticles prepared through auto-combustion technique. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2023, 14 (4), 467–478.
[In Russian] Дж. Абималар, В. Анслин Ферби
Структурное, электрическое, оптическое и фазовое исследование наночастиц цирконата бария (BaZrO3) со структурой перовскита, полученных методом горения
АННОТАЦИЯ Керамика BaZrO3 была приготовлена методом золь-гель-горения с тремя соотношениями топлива к окислителю (F/O) (φ = 0.5, 1.0 и 1.5) и отожжена при 1200 °C в течение 2 часов. Данные рентгеновской дифракции (РФА) и уточнение методом Ритвельда подтвердили присутствие фазы со структурой кубического перовскита с пространственной группой Pm3m (221). Эти три образца проиндексированы в JCPDS под номером: 06-0399. Отношение F/O = 1.0 дает небольшой размер кристаллитов и очень большую площадь поверхности. Отношение F/O = 1.5 обеспечивает очень большой размер кристаллитов и очень низкую плотность дислокаций. Кислородные вакансии в образцах анализировались с помощью рамановской спектроскопии. Значение энергии запрещенной оптической зоны увеличивается с 2.02 до 3.09 эВ с увеличением отношения F/O. Использование импедансной спектроскопии BaZrO3 при комнатной температуре позволило выявить уменьшение ионной проводимости с увеличением отношения F/O. График Найквиста для всех образцов представляет собой дугу окружности в высокочастотной зоне и почти прямую линию в низкочастотной области. Благодаря наличию низкой границы зерен с высокой ионной проводимостью материал электролита BaZrO3 используется в устройствах хранения энергии.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА наночастица; синтез горением; рентгеновский дифракционный метод; метод Ритвельда; FT-рамановская спектроскопия; УФ-видимая спектроскопия поглощения; импеданс.
