Structural refinement and photoluminescence properties of cube-like (Ca 1-xCu x)TiO 3 crystals synthesized by the microwave-hydrothermal method

In this work, (Ca 1-xCu x)TiO 3 crystals with (x = 0, 0.01 and 0.02), labeled as CTO, CCTO1 and CCTO2, were synthesized by the microwave-hydrothermal method at 140°C for 32 min. XRD patterns (Fig. 1), Rietveld refinement and FT-Raman spectroscopy indicated that these crystals present orthorhombic structure Pbnm. Micro-Raman and XANES spectra suggested that the substitution of Ca by Cu in A-site promoted a displacement of the [TiO6]-[TiO6] clusters adjacent from its symmetric center, which leads distortions on the [CaO 12] clusters neighboring and consequently cause the strains into the CaTiO3 lattice. FE-SEM images showed that these crystals have an irregular shape as cube like probably indicating an Ostwald-ripening and self-assemble as dominant mechanisms to crystals growth. The powders presented an intense PL blue-emission.

Correlation between photoluminescence and structural defects in Ca 1+x Cu 3 - X Ti 4 O 12 systems

Ca1+xCu3-xTi4O12 powders were synthesized by a conventional solid-state reaction. X-ray diffraction (XRD) was performed to verify the formation of cubic CaCu3Ti4O 12 (CCTO) and orthorhombic CaTiO3 (CTO) phases at long range. Rietveld refinements indicate that excess Ca atoms added to the Ca 1-xCu3-xTi4O12 (x = 1.0) composition segregated in a CaTiO3 secondary phase suggesting that solubility limit of Ca atoms in the CaCu3Ti4O12 lattice was reached for this system. The FE-SEM images show that the Ca 1+xCu3-xTi4O12 (0 < x < 3) powders are composed of several agglomerated particles with irregular morphology. X-ray absorption near-edge structure spectroscopy (XANES) spectra indicated [TiO5Vo z]-[TiO6] complex clusters in the CaCu3Ti4O12 structure which can be associated with oxygen vacancies (Vo z = V o x, Vo •, and Vo ••) whereas in the CaTiO3 powder, this analysis indicated [TiO6]-[TiO6] complex clusters in the structure. Ultraviolet-visible (UV-vis) spectra and photoluminescence (PL) measurements for the analyzed systems revealed structural defects such as oxygen vacancies, distortions, and/or strains in CaCu3Ti4O12 and CaTiO3 lattices, respectively. © 2012 The American Ceramic Society.

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