Potentiometric determination of the gibbs energies of formation of SrZrO3 and BaZrO3

The Gibbs free energies of formation of strontium and barium zirconates have been determined in the temperature range 960 to 1210 K using electrochemical cells incorporating the respective alkaline-earth fluoride single crystals as solid electrolytes. Pure strontium and barium monoxides were used in the reference electrodes. During measurements on barium zirconate, the oxygen partial pressure in the gas phase over the electrodes was maintained at a low value of 18.7 Pa to minimize the solubility of barium peroxide in the monoxide phase. Strontium zirconate was found to undergo a phase transition from orthorhombic perovskite to) with space group Cmcm; D-2h(17) to tetragonal perovskite (t) having the space group 14/mcm; D-4h(18) at 1123 (+/- 10) K. Barium zirconate does not appear to undergo a phase transition in the temperature range of measurement. It has the cubic perovskite (c) structure. The standard free energies of formation of the zirconates from their component binary oxides AO (A = Sr, Ba) with rock salt (rs) and ZrO2 with monoclinic (m) structures can be expressed by the following relations:SrO (rs) + ZrO2 (m) --> SrZrO3 (o) Delta G degrees = -74,880 - 14.2T (+/-200) J mol(-1) SrO (rs) + ZrO2 (m) --> SrZrO3 (t) Delta G degrees = -73,645 - 15.3T (+/-200) J mol(-1) BaO (rs) + ZrO2 (m) --> BaZrO4 (c) Delta G degrees = -127,760 - 1.79T (+/-250) J mol(-1) The results of this study are in reasonable agreement with calorimetric measurements reported in the literature. Systematic trends in the stability of alkaline-earth zirconates having the stoichiometry AZrO(3) are discussed.

Strontium and calcium zirconyl citrates as precursors for the low-temperature synthesis of SrZrO3 and CaZrO3 fine powders

Synthesis and the thermal decomposition behavior of new molecular precursors, strontium, and calcium zirconyl citrates are presented. The pathway to the metazirconate formation has been found to proceed through a multistep process. The precursors yield SrZrO3 and CaZrO3 fine powders at temperatures as low as 650 degrees C. Physico-chemical, spectroscopic, thermoanalytical, and microscopic techniques have enabled the identification of the sequence of events leading to the perovskite formation and proposition of a thermolysis scheme. Retention of the molecular level mixing of the metal ions during the course of the precursor decomposition is supported by these techniques. Prior to the formation of MZrO3 (M = Sr and Ca) an ionic oxycarbonate, M2Zr2O5CO3 (M = SI. and Ca), intermediate is produced by the thermal decomposition of the citrate precursors.

SrZrO3 powders obtained by chemical method: Synthesis, characterization and optical absorption behaviour

Strontium zirconate (SrZrO3) powders have been synthesized by the polymeric precursor method after heat treatment at different temperatures for 2 h in oxygen atmosphere. The decomposition of precursor powder was followed by thermogravimetric analysis, X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform Raman (FT-Raman). The UV-vis absorption spectroscopy measurements suggested the presence of intermediary energy levels in the band gap of structurally disordered powders. XRD, Rietveld refinement and FT-Raman revealed that the powders are free of secondary phases and crystallizes in the orthorhombic structure. (C) 2007 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

Photoluminescent behavior of SrZrO3/SrTiO3 multilayer thin films

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Highly intense violet-blue light emission at room temperature in structurally disordered SrZrO3 powders

Violet-blue photoluminescence was produced at room temperature in a structurally disordered SrZrO3 perovskite structure with a 350.7 nm excitation line. The intensity of this emission was higher than that of any other perovskites previously studied. The authors discuss the role of structural order-disorder that favors the self-trapping of electrons and charge transference, as well as a model to elucidate the mechanism that triggers photoluminescence. In this model the wide band model, the most important events occur before excitation. (c) 2007 American Institute of Physics.

Electronic and structural properties of the (001) SrZrO3 surface

The structural and electronic properties of SrZrO3 selected surfaces were investigated by means of density functional theory applied to periodic calculations at B3LYP level. The relaxation effects for two symmetric and asymmetric terminations are analyzed. The electronic and energy band properties are discussed on the basis of band structure as well density of states. There is a more significant rumpling in the SrO as compared to the ZrO2 terminated surfaces. The calculated indirect gap is 4.856, 4.562, 4.637 eV for bulk, ZrO2 and asymmetric terminations, respectively. The gap becomes direct; 4.536 eV; for SrO termination. The contour in the (110) diagonal plane indicates a partial covalent character between Zr and 0 atoms for the SrO terminated surface. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Strong violet-blue light photoluminescence emission at room temperature in SrZrO3: Joint experimental and theoretical study

Ultrafine ordered and disordered SrZrO3 powders were prepared by the polymeric precursor method. The structural evolution from structural disorder to order was monitored by X-ray diffraction and X-ray absorption near-edge spectroscopy. Complex cluster vacancies [ZrO5 center dot V-O(Z)] and [SrOII center dot V-O(Z)] (where V-O(Z) = V-O(X), V-O(center dot) and V-O(center dot center dot)) were proposed for disordered powders. The intense violet-blue light photoluminescence emission measured at room temperature in the disordered powders was attributed to complex cluster vacancies. High-level quantum mechanical calculations within the density functional theory framework were used to interpret the experimental results. (C) 2008 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

First principles calculations on the origin of violet-blue and green light photoluminescence emission in SrZrO3 and SrTiO3 perovskites

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Partial Evaporation of Strontium Zirconate During Atmospheric Plasma Spraying

Perovskite-type SrZrO3 has been investigated as a candidate material for thermal barrier coating application. During plasma spraying of SrZrO3, SrO volatilized more than ZrO2 and the coating composition deviates from initial stoichiometry. In this investigation, partial evaporation was investigated by spraying SrZrO3 powders into water. The influences of spraying current, distance and particle size of the powder on the partial evaporation were also investigated in a quantitative way. With optimized spraying parameters, stoichiometric SrZrO3 coating was produced by adding an excess amount of Sr in the precursors before plasma spraying to compensate for the volatilized component.

Joint Experimental and Theoretical Analysis of Order Disorder Effects in Cubic BaZrO(3) Assembled Nanoparticles under Decaoctahedral Shape

Periodic first-principles calculations based on density functional theory at the B3LYP level has been carried out to investigate the photoluminescence (PL) emission of BaZrO(3) assembled nanoparticles at room temperature. The defect created in the nanocrystals and their resultant electronic features lead to a diversification of electronic recombination within the BaZrO(3) band gap. Its optical phenomena are discussed in the light of photoluminescence emission at the green-yellow region around 570 nm. The theoretical model for displaced atoms and/or angular changes leads to the breaking of the local symmetry, which is based on the refined structure provided by Rietveld methodology. For each situation a band structure, charge mapping, and density of states were built and analyzed. X-ray diffraction (XRD) patterns, UV-vis measurements, and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) images are essential for a full evaluation of the crystal structure and morphology.

(Sr,Tm)ZrO3 powders prepared by the polymeric precursor method: Synthesis, optical properties and morphological characteristics

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

In-situ-Präparation von komplexen supraleitenden und ferroelektrischen Heterostrukturen mittels gepulster Laser-Deposition

In der vorliegenden Arbeit ist die Konstruktion und der Aufbau eines Systems zur gepulsten Laserablation von dünnen Schichten beschrieben. Die hohe Flexibilität der Anlage wird ermöglicht durch einen sechsfach-Targethalter und eine Heizerkonstruktion, die einfachen Substrateinbau, hohe Temperaturhomogenität und einen zugänglichen Temperaturbereich von bis zu 1000°C erlaubt. Durch eine komplexe Laser-Optik, die eine homogene Energiedichte auf dem Target sicherstellt, wird eine optimale Filmqualität erreicht.Durch die Entwicklung einer zweistufigen Prozeßführung für Y-stabilisiertes ZrO2 wird eine Wachstumsbasis hoher kristalliner Qualität für funktionale Oxidschichten auf Silizium zur Verfügung gestellt. Es zeigt sich, daß die dielektrischen Eigenschaften der YSZ Schicht stark vom Sauerstoffgehalt, der Grenzflächenmorphologie sowie der Dicke der ersten Schicht abhängig sind. Basierend auf dieser Schicht wurde BaZrO3 als zusätzliche Pufferschicht für den Hochtemperatursupraleiter (HTSL) YBa2Cu3O7 ? untersucht. Unter Verwendung von SrTiO3 Substraten konnte die dielektrische Konstante von BaZrO3 zu ? ? 65 bestimmt sowie das Dispersionsverhalten mittels modifizierter Debye-Gleichungen erklärt werden. Vergleichende Messungen auf einkristallinen SrTiO3 Substraten zeigen eine erhöhte Übergangstemperatur von 90.2 K und eine wesentliche Verbesserung der Oberflächenrauhigkeit des HTSL von 2 nm (rms) durch die Verwendung von BaZrO3 Schichten hoher Qualität. Eine nur wenige Monolagen dicke zusätzliche BaZrO3 Pufferschicht auf YSZ-gepufferten Silizium Substraten verhindert die Ausbildung von ?9° rotierten YBCO Körnern, die üblicherweise bei der direkten Deposition auf YSZ beobachtet werden. Resistive Messungen mit Übergangstemperaturen oberhalb 89 K sind vergleichbar zu Ergebnissen, die für CeO2/YSZ Pufferschichtkombinationen erreicht werden. Durch kontinuierliche Gitteranpassung wurde eine neue Schichtabfolge YBCO/CeO2/YSZ/BaZrO3 für die Erzeugung bi-epitaxialer Korngrenzen-Josephson Kontake gefunden und deren Epitaxiebeziehungen geklärt. Eine in-situ deponierte Schichtabfolge zeigt mit einer Übergangstemperatur von 91.7 K und einer Übergangsbreite von 0.15 K supraleitende Eigenschaften vergleichbar zu den besten bisher auf diesem Gebiet erreichten Ergebnissen. Voruntersuchungen zur Realisierung eines Josephsonkontaktes mit dieser Schichtabfolge zeigen jedoch, daß die erreichten Eigenschaften für die technologische Anwendung nicht ausreichend sind.Die Verwendung einer YSZ/CeO2 Pufferschichtkombination ermöglicht die Herstellung von c Achsen orientiertem ferroelektrischem SrBi2Ta2O9 auf Silizium. Im Gegensatz hierzu führt die direkte Deposition auf Silizium zu polykristallinem SrBi2Ta2O9 oder zur Ausbildung der Pyrochlor Phase, wenn nur YSZ als Pufferschicht verwendet wird. Obwohl die Polarisierung von SrBi2Ta2O9 in der ab-Ebene liegt, konnte in MFIS Strukturen ein Speicherfenster von maximal 0.87 V beobachtet werden, was eine Verbesserung um nahezu einen Faktor drei im Vergleich zu polykristallinem SrBi2Ta2O9 bedeutet. Messungen an ferroelektrischen Kondesatorstrukturen ergeben Hystereseschleifen mit einer remanenten Polarisierung von Pr = 6.5 µC/cm2 sowie einem Koerzitivfeld von Ec = 35 kV/cm. AFM Messungen im Piezo-Response Modus zeigen ferroelektrische Domänen, die durch Anlegen einer Gleichspannung reversibel umpolarisiert werden können. Im Nicht-Kontakt AFM Modus wurde die lokale Polarisierung der Schichten zu 3.4 µC/cm2 bestimmt. Weiterhin wurde eine alternative Pufferschichtkombination SrZrO3/YSZ zur Erzeugung von a-Achsen orientiertem SrBi2Ta2O9 untersucht. SrZrO3 zeigt a Achsen Orientierung in vier Wachstumsdomänen, die durch ein Model erklärt werden können. Die SrBi2Ta2O9 Schicht zeigt a Achsen sowie (116)-orientierte Körner mit derselben Domänenstruktur. Die dielektrische Konstanten von SrZrO3 und SrBi2Ta2O9 wurden zu ? ? 29 und ? ? 20 bestimmt. Die beobachteten Speicherfenster sind allerdings nicht ferroelektrischer Natur, sondern wahrscheinlich durch mobile Ionen und Ladungsfangstellen in den Pufferschichten verursacht. Die stark abgesenkte dielektrische Konstante von SrBi2Ta2O9 kann durch die im Vergleich zu polykristallinem verkleinerte Korngröße erklärt werden.