Вплив температури кальцинування і домішки ербію на структурні та оптичні властивості наночастинок фериту, що містить нікель та цинк
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe68.11.772Ключові слова:
ферит, золь-гель, температура кальцинування, структурнi та оптичнi властивостiАнотація
Синтезовано ферит Ni0,5Zn0,5Fe1,95Er0,05O4 з домiшкою ербiю. Матерiал подiлено на 5 частин. Одна розглядається як контрольний зразок (зразок 1), а iншi кальциновано при 600 (зразок 2), 700 (зразок 3), 800 (зразок 4) та 900 ∘C (зразок 5) з метою визначити змiни структурних та оптичних властивостей зразкiв залежно вiд температури кальцинування. Методами дифракцiї Х-променiв (XRD) та скануючої електронної мiкроскопiї (SEM) знайдено, що сполука має кубiчну структуру спiнелi з просторовою групою Fd3m. Розмiр кристалiтiв є мiнiмальним у зразку 1 (17,9452 нм) I максимальним у зразку 5 (29,8481 нм). Методом SEM виявлено, що розмiри зерен знаходяться в iнтервалi вiд 55,38 до 177,73 нм, а зразок 4 мiстить нанотрубки. Показано, що енергетична щiлина для оптичної смуги сполуки змiнюється в межах вiд 5,556 до 3,969 еВ. Цi результати свiдчать про змiни структурних та оптичних властивостей сполуки Ni0,5Zn0,5Fe1,95Er0,05O4 зi змiною температури кальцинування.
Посилання
D.H.K. Reddy, Y.S. Yun. Spinel ferrite magnetic adsorbents: Alternative future materials for water purification. Coord. Chem. Rev. 315, 90 (2016).
https://doi.org/10.1016/j.ccr.2016.01.012
S.A.V. Prasad, M. Deepty, P.N. Ramesh, G. Prasad, K. Srinivasarao, C. Srinivas, K. Vijaya Babu, E. Ranjith Kumar, N. Krisha Mohan, D.L. Sastry. Synthesis of MFe2O4 (M = Mg2+, Zn2+, Mn2+) spinel ferrites and their structural, elastic and electron magnetic resonance properties. Ceram. Int. 44 (9), 10517 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.03.070
W. Mokhosi, S.Mdlalose, Mngadi, M. Singh, T. Moyo. Assessing the structural, morphological and magnetic properties of polymer-coated magnesium-doped cobalt ferrite (CoFe2O4) nanoparticles for biomedical application. J. Phys. Conf. Ser. 1310, 012014 (2019).
https://doi.org/10.1088/1742-6596/1310/1/012014
S. Chakrabarty, M. Pal, A. Dutta. Yttrium doped cobalt ferrite nanoparticles: Study of dielectric relaxation and charge carrier dynamics. Ceram. Int. 44 (12), 14652 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.05.091
G. Asab, E.A. Zereffa, T. Abdo Seghne. Synthesis of silicacoated Fe3O4 nanoparticles by microemulsion method: Characterization and evaluation of antimicrobial activity. Int. J. Biomater. 2020, 4783612 (2020).
https://doi.org/10.1155/2020/4783612
M. Anand. Hysteresis in a linear chain of magnetic nanoparticles. J. Appl. Phys. 128 (2), 023903 (2020).
https://doi.org/10.1063/5.0010217
N. Guijarro, P.Bornoz, M. Pr'evot, X. Yu, X. Zhu, M. Johnson, K. Sivula. Evaluating spinel ferrites MFe2O4 (M = Cu, Mg, Zn) as photoanodes for solar water oxidation: Prospects and limitations. Sustain. Energy Fuels 2 (1), 103 (2018).
https://doi.org/10.1039/C7SE00448F
U. Wongpratat, T. Pannawit, K. Jessada, S. Ekaphan, M. Santi. Effects of nickel and magnesium on electrochemical performances of partial substitution in spinel ferrite. J. Alloys and Compd. 831, 154718 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.154718
K.K. Kefeni, T.A. Msagati, T.T. Nkambule, B.B. Mamba. Spinel ferrite nanoparticles and nanocomposites for biomedical applications and their toxicity. Mater. Sci. Eng. C 107, 110314 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.110314
I. Rajendran, I. Prakash, M. Venkateswarlu, N. Satyanarayana. Lanthanum ion (La3+) substituted CoFe2O4 anode material for lithium ion battery applications. New. J. Chem. 39 (6), 4601 (2015).
https://doi.org/10.1039/C5NJ00791G
M.S.S. Adam, A.M. Hafez, M.M. Khalaf. Rare earth Ceand Nd-doped spinel nickel ferrites as effective heterogeneous catalysts in the (ep) oxidation of alkenes. J. Iran. Chem. Soc. 17 (12), 3237 (2020).
https://doi.org/10.1007/s13738-020-01983-2
K.K. Kefeni, B.B. Mamba. Photocatalytic application of spinel ferrite nanoparticles and nanocomposites in wastewater treatment. Sustain. Mater. Technol. 23, e00140 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.susmat.2019.e00140
S.S. Laha, D. Nanasaheb, T. Gurwinder Singh, C.I. Sathish, J. Yi, A. Dixit. Rare-earth doped iron xide nanostructures for cancer theranostics: Magnetic hyperthermia and magnetic resonance imaging. Small. 18 (11), 2104855 (2022).
https://doi.org/10.1002/smll.202104855
J. Dhumal, M. Phadatare, S.G. Deshmukh, G.S. Shahane. Enhanced heating ability of Fe-Mn-Gd ferrite nanoparticles for magnetic fluid hyperthermia. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 31 (14), 11457 (2020).
https://doi.org/10.1007/s10854-020-03694-z
B.K. Prashant, B.S. Sandeep, P.K. Pankaj, K.M. Jadhav. induction heating analysis of surface-functionalized nanoscale CoFe2O4 for magnetic fluid hyperthermia toward noninvasive cancer treatment. ACS Omega 5 (36), 23378 (2020).
https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03332
M. Irfan Hussain, M. Xia, K. Akhtar, S.K. Sharma. Ferrite nanoparticles for biomedical applications. Magnetic Nanoheterostructures. Nanomedicine and Nanotoxicology Springer, Cham. 693, 243 (2020).
https://doi.org/10.1007/978-3-030-39923-8_7
A.K. Nikumbh, R.A. Pawar, D.V. Nighot, G.S. Gugale, M.D. Sangale, M.B. Khanvilkar, A.V. Nagawade. Structural, electrical, magnetic and dielectric properties of rareearth substituted cobalt ferrites nanoparticles synthesized by the co-precipitation method. J. Magn. Magn. Mater. 35, 201 (2014).
https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2013.11.052
G.L. Sun, J.B. Li, J.J. Sun, X.Z. Yang. The influences of Zn2+ and some rare-earth ions on the magnetic properties of nickel-zinc ferrites. J. Magn. Magn. Mater. 281 (2-3), 173 (2004).
https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2004.04.099
N. Rezlescu, E. Rezlescu, C. Pasnicu, M.L. Craus. Effects of the rare-earth ions on some properties of a nickel-zinc ferrite. J. Phys. Condens. Matter. 6, 5707 (1994).
https://doi.org/10.1088/0953-8984/6/29/013
J. Jiang, L.C. Li, F. Xu, Y.L. Xie, preparation and magnetic properties of Zn-Cu-Cr-Sm ferrite via a rheological phase reaction method. Mater. Sci. Eng. B 137, 166 (2007).
https://doi.org/10.1016/j.mseb.2006.11.014
J. Jiang, L.C. Li, F. Xu. Structural analysis and magnetic properties of Gd-doped Li-Ni ferrites prepared using rheological phase reaction method. J. Rare Earths 25, 79 (2007).
https://doi.org/10.1016/S1002-0721(07)60049-0
C. Kumari, D. Hemant Kumar, Farhana Naaz, L. Preeti. Structural and optical properties of nanosized Co substituted Ni ferrites by coprecipitation method. Phase Transitions 93 (2), 207 (2020).
https://doi.org/10.1080/01411594.2019.1709120
S. Ravindra, J. Pranat, P. Ravi, S. Srnjay, R.S. Rana, G. Nitish. Synthesis and characterization of nickel ferrite (NiFe2O4) nanoparticles prepared by sol-gel method. Mater. Today: Proc. 2 (4-5), 3750 (2015).
https://doi.org/10.1016/j.matpr.2015.07.165
A. Sangeetha, K. Vijaya Kumar, G. Nanda Kumar. Effect of annealing temperature on the structural and magnetic properties of NiFe2O4 nanoferrites. Adv. Mater. Phys. Chem. 7, 19 (2017).
https://doi.org/10.4236/ampc.2017.72003
A. Hakeem, T. Alshahrani, G. Muhammad, M.H. Alhossainy, A. Laref, R.Y. Khosa, Magnetic, dielectric and structural properties of spinel ferrites synthesized by sol-gel method. J. Mater. Res. Technol. 11, 158 (2021).
https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.12.064
K. Vijaya Kumar, A. Chandra, Shekhar Reddy, D. Ravinder. High-frequency dielectric behaviour of erbium substituted Ni-Zn ferrites. J. Magn. Magn. Mater. 263, 121 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0304-8853(02)01544-5
Y.B. Kannan, R. Saravanan, N. Srinivasan, I. Ismail. Sintering effect on structural, magnetic and optical properties of Ni0.5Zn0.5Fe2O4 ferrite nano particles. J. Magn. Magn. Mater. 423, 217 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.09.038
K. Vijaya Kumar, S.D. Bhavani. Impact of calcination temperature on structural and optical properties of erbiumdoped zinc ferrite nanoparticles. Ph. Transitions. 95, 770 (2022).
https://doi.org/10.1080/01411594.2022.2117622
S. Joshi, M. Kumar, S. Chhoker, A. Kumar, M. Singh. Effect of Gd3+ substitution on structural, magnetic, dielectric and optical properties of nanocrystalline CoFe2O4. J. Magn. Magn. Mater. 426, 252 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.11.090
K. Vijaya Kumar, S.D. Bhavani, M.A. Shukur. The study of temperature dependent structural and elastic properties of Ni-Zn ferrite nanoparticles. Bulgarian J. Phys. 49, 179 (2022).
K. Vijaya Kumar, Sara Durga Bhavani. Influence of calcination temperature on physical and optical properties of nickel chromite nanoparticles. Science of Sintering 54, 457 (2022).
https://doi.org/10.2298/SOS2204457K
S. Fouzar, T. Eftimov, I. Kostova, A. Benmounah, A. Lakhssassi. Effects of temperature on the time responses of strontium aluminates. Opt. Mater. 122, 111619 (2021).
https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.111619
M. Atif, S.K. Hasanain, M. Nadeem. Magnetization of sol- gel prepared zinc ferrite nanoparticles: Effects of inversion and particle size. Solid State Commun. 138, 416 (2006).
https://doi.org/10.1016/j.ssc.2006.03.023
G. Li, X. Zhu, W. Song, Z. Yang, J. Dai, Y. Sun, Y. Fu. Annealing effects on semitransparent and ferromagnetic ZnFe2O4 nanostructured films by sol-gel. J. Am. Ceram. Soc. 94, 2872 (2011).
https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2011.04452.x
J. Tariq, Al-Musawi, M. Nezamaddin, T. Mahmoud, S. Zaccheus, B. Davoud. Capability of copper-nickel ferrite nanoparticles loaded onto multiwalled carbon nanotubes to degrade acid blue 113 dye in the sonophotocatalytic treatment process. Env. Sci. Poll. Res. 29, 51703 (2022).
https://doi.org/10.1007/s11356-022-19460-z
A. Gadkari, A. Shinde, T. Vasambekar. Influence of rare-earth ions on structural and magnetic properties of CdFe2O4 ferrites. Rare Metals 29, 168 (2010).
https://doi.org/10.1007/s12598-010-0029-z
B.M.A. Ahmed, S.T. Bishay, S.I. El-dek, G. Omar. Effect of Ni substitution on the structural and transport properties of NixMn0.8−xMg0.2Fe2O4; 0.0 ≤ x ≤ 0.40 ferrite. J. Alloys Compd. 509, 805 (2011).
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.09.095
M.E. Gouda, W.A.A. Bayoumy. Structural, optical and magnetic properties of Ni aluminates with Co substitution. Int. J. Sci. Eng. Res. 6, 328 (2015).
Y. Slimani, H. G¨ungune¸s, M. Nawaz, A. Manikandan, H.S. El Sayed, M.A. Almessiere, H. S¨ozeri, S.E. Shirsath, I. Ercan, A. Baykal. Magneto-optical and microstructural properties of spinel cubic copper ferrites with Li-Al co substitution. Ceram. Int. 44, 14242 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.05.028
D.K. Dinkar, B. Das, R. Gopalan, B.S. Dehiya. Magnetic and optical properties of green synthesized nickel ferrite nanoparticles and its applications into photocatalysis. Nanotech. 32, 505725 (2021).
https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac24c2
H.M. Pathan, J.D. Desai, C.D. Lokhande. Modified chemical deposition and physico-chemical properties of copper sulphide (Cu2S) thin films. Appl. Surf. Sci. 202, 47 (2002).
https://doi.org/10.1016/S0169-4332(02)00843-7
M. Srivastava, A.K. Ojha, S.Chaubey, A. Materny. Synthesis and optical characterization of nanocrystalline NiFe2O4 structures. J. Alloys Compd. 48, 515 (2009).
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.03.027
S.W. Xue, X.T. Zu, W.L. Zhou, H.X. Deng, X. Xiang, L. Hang, H. Deng. Effects of post-thermal annealing on the optical constants of ZnO thin films. J. Alloys Compd. 448, 21 (2008).
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2006.10.076
K.V. Kumar. Tunable optical bandgap of gadolinium substituted nickel-zinc ferrite nanoparticles-effect of calcination temperature on its optical parameters. Adv. Mater. Phy. Chem. 12, 33 (2022).
https://doi.org/10.4236/ampc.2022.123003
A. Ashour, N. El-Kadry, S.A. Mahmoud. On the electrical and optical properties of cds films thermally deposited by a modified source. Thin Solid Films 269, 117 (1995).
https://doi.org/10.1016/0040-6090(95)06868-6
M. Chroma, J. Pinkas, I. Pakutinskiene, A. Beganskiene, A. Kareiva. Processing and characterization of sol-gel fabricated mixed metal aluminates. Ceram. Int. 31, 1123 (2005).
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2004.11.012
P. Marzive, N. Marzieh, D. Zahra, M. Rasoul, G.H.H. Khorrami. Optical and dielectrical properties of nickel ferrite nanoparticles under different synthesized temperature. Results Phys. 7, 3619 (2017).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
