Síntesis por el método de combustión en solución y caracterización del BiFeO3

Abstract

En este trabajo, la ferrita de bismuto (BiFeÜ3) fue preparada a través del método de combustión en solución, la fase única y buena cristalización del BiFeO3 pudo ser obtenida a una temperatura de 500°C. La muestra resultante fue caracterizada estructuralmente por difracción de rayos X (DRX), identificando los picos característicos de la fase BiFeO3. El refinamiento Rietveld fue realizado al patrón de difracción de rayos X, el cual indica la existencia de una estructura perovskita distorsionada hexagonal (grupo espacial -R3c). El tamaño medio del cristalito del BiFeO3 fue estimado de la anchura a media altura de los picos de difracción de rayos X usando la fórmula de Scherrer, obteniendo un tamaño de cristalito de 27 nm confirmando los resultados de la literatura. El análisis morfológico fue determinado por microscopia electrónica de barrido (MEB), este análisis nos muestra poros y granos a una escala de 1^m en la muestra de BiFeO3. El análisis elemental mediante espectroscopia de energía dispersiva de rayos X (EED) determino únicamente los elementos Bi, Fe y O en la relación porcentual cercana a la ideal para BiFeO3. Fue obtenida la banda prohibida experimental (band gap) a partir del espectro de reflectancia difusa UV-Visible (ERD) a través de la función de Kubelka Munk y la ecuación de Tauc, resultando un valor de Eg de 2.20 eV. La magnetometría de muestra vibrante (MMV) evaluó la respuesta magnética del BiFeO3 revelando un débil ferromagnetismo. La caracterización de la estructura electrónica del BiFeO3 mediante el programa Quantum Espresso, en la cual se calcula la densidad de estados total y parcial del BiFeO3, muestra una banda prohibida Eg de 1.97 eV comprendida entre los estados O2p y Fe3d .

In this work, bismuth ferrite (BiFeÜ3) was prepared by solution combustión method. The single phase and good crystallization of BiFeÜ3 was obtained at a temperature of 500°C. The resulting sample was structurally characterized by X-ray diffraction (XRD), identifying the characteristic peaks of the phase BiFeÜ3. The Rietveld refinement of the X-ray diffraction pattern was performed, which indicates the existence of a distorted hexagonal perovskite structure (group space - R3c). The average crystallite size of the BiFeÜ3 was estimated from X-ray diffractogram and the Scherrer formula, obtaining a crystal size of 27 nm confirming the results of the literature. The morphological analysis was determined by scanning electron microscopy (SEM), this analysis shows us pores and grains at a scale of 1 pm in the BiFeÜ3 sample. The elemental analysis by X-ray dispersive energy spectroscopy (EDS) determined only the elements Bi, Fe and Ü in the percentage ratio close to the ideal for BiFeÜ3. The experimental band gap (Eg) was obtained from the analysis of UV-Vis diffuse reflectance spectra (DRS) through the Kubelka Munk function and from the Tauc equation, resulting in an Eg value of 2.20 eV. The magnetic response of the product BiFeÜ3 in the magnetic field was also analyzed and evaluated by vibrating sample magnetometry (VSM) revealing a weak ferromagnetism. The characteristic of the electronic structure of BiFeÜ3 through the Quantum Espresso software in which the density of the total and partial states of BiFeÜ3 were calculated, show us between the Ü2p states and Fe3d a band gap Eg of 1.97 eV.