Abstract Discovery of novel multifunctional photoluminescence materials are of great concern to the development of disciplinary crossing and integration. In this study, BaTiO3@ZnO multifunctional heterostructures and BaTiO3@ZnO:Eu were prepared via the combined sol-gel-hydrothermal methods. The structure, nanoparticle morphology, and optical properties of the heterostructure are discussed. X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), XPS, and Raman and photoluminescence spectra were used to characterize and monitor the heterostructure formation process. The results demonstrate that the Eu3+ ions were successfully incorporated into the ZnO matrix to form heterostructure BaTiO3@ZnO:Eu. Moreover, the optical and photoluminescence properties were investigated. The X-ray diffraction pattern shows that the BaTiO3@ZnO:Eu heterostructure is consistent with the relative intensities and positions of the peaks in the XRD, SAED and TEM spectra of BaTiO3 (BT) and ZnO:Eu, which are of rod-like shape. The intrinsic deep defect emission of ZnO and the transition emissions of both 5D0→7F1 at 593 nm and 5D0→7F2 at 616 nm, which are related to Eu3+, have been observed under excitation at 394 nm. The decrease in bandgap in response to increased doping and the addition of ZnO to BT can be attributed to the creation of sub-bands within the ZnO band range, thereby resulting in the continuous band effect and, consequently, band narrowing, which can provide guidance for the potential application for use in optical devices.

中文翻译：

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Eu3+对BaTiO3@ZnO:Eu纳米粒子形态、结构和光学性质的影响

摘要 新型多功能光致发光材料的发现对学科交叉与融合的发展具有重要意义。在本研究中，通过溶胶-凝胶-水热相结合的方法制备了 BaTiO3@ZnO 多功能异质结构和 BaTiO3@ZnO:Eu。讨论了异质结构的结构、纳米颗粒形态和光学特性。X 射线衍射 (XRD)、扫描电子显微镜 (SEM)、透射电子显微镜 (TEM)、XPS、拉曼和光致发光光谱用于表征和监测异质结构的形成过程。结果表明 Eu3+ 离子成功地结合到 ZnO 基体中形成异质结构 BaTiO3@ZnO:Eu。此外，研究了光学和光致发光特性。X 射线衍射图表明 BaTiO3@ZnO:Eu 异质结构与 BaTiO3 (BT) 和 ZnO:Eu 的 XRD、SAED 和 TEM 光谱中峰的相对强度和位置一致，呈棒状形状。在 394 nm 激发下观察到与 Eu3+ 相关的 ZnO 的本征深缺陷发射和 593 nm 处 5D0→7F1 和 616 nm 处 5D0→7F2 的跃迁发射。响应于掺杂增加和 ZnO 添加到 BT 中的带隙减小可归因于在 ZnO 带范围内创建子带，从而导致连续带效应，从而导致带变窄，这可以提供指导用于光学器件的潜在应用。Eu 异质结构与 BaTiO3 (BT) 和 ZnO:Eu 的 XRD、SAED 和 TEM 光谱中峰的相对强度和位置一致，它们呈棒状。在 394 nm 激发下观察到与 Eu3+ 相关的 ZnO 的本征深缺陷发射和 593 nm 处 5D0→7F1 和 616 nm 处 5D0→7F2 的跃迁发射。响应于掺杂增加和 ZnO 添加到 BT 中的带隙减小可归因于在 ZnO 带范围内创建子带，从而导致连续带效应，从而导致带变窄，这可以提供指导用于光学器件的潜在应用。Eu 异质结构与 BaTiO3 (BT) 和 ZnO:Eu 的 XRD、SAED 和 TEM 光谱中峰的相对强度和位置一致，它们呈棒状。在 394 nm 激发下观察到与 Eu3+ 相关的 ZnO 的本征深缺陷发射和 593 nm 处 5D0→7F1 和 616 nm 处 5D0→7F2 的跃迁发射。响应于掺杂增加和 ZnO 添加到 BT 中的带隙减小可归因于在 ZnO 带范围内创建子带，从而导致连续带效应，从而导致带变窄，这可以提供指导用于光学器件的潜在应用。在 394 nm 激发下观察到与 Eu3+ 相关的 ZnO 的本征深缺陷发射和 593 nm 处 5D0→7F1 和 616 nm 处 5D0→7F2 的跃迁发射。响应于掺杂增加和 ZnO 添加到 BT 中的带隙减小可归因于在 ZnO 带范围内创建子带，从而导致连续带效应，从而导致带变窄，这可以提供指导用于光学器件的潜在应用。在 394 nm 激发下观察到与 Eu3+ 相关的 ZnO 的本征深缺陷发射和 593 nm 处 5D0→7F1 和 616 nm 处 5D0→7F2 的跃迁发射。响应于掺杂增加和 ZnO 添加到 BT 中的带隙减小可归因于在 ZnO 带范围内产生子带，从而导致连续带效应，从而导致带变窄，这可以提供指导用于光学器件的潜在应用。