اثر جانشانی Mn2+ بر خواص ساختاری و مغناطیسی نانوفریت‌های Ni(0.5-x)MnxZn0.5Fe2O4 (5/0 ،35/0 ،25/0 ،0 = x) تهیه‌شده به روش هم‌رسوبی

نویسندگان

دانشگاه گلستان

چکیده

در این پژوهش، نانوذرات مغناطیسی فریت نیکل-منگنز-روی Ni(0.5-x)MnxZn0.5Fe2O4، با درصدهای متفاوت جانشانی منگنز (5/0 ,35/0 ,25/0 ,0x = ) به روش هم­رسوبی شیمیایی تهیه و سرشتی­های ساختاری نانوذرات تهیه ‌شده با استفاده از پراش سنج پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ‌های الکترونی تراگسیلی (TEM) و روبشی (SEM) شناسایی شدند. مغناطش اشباعی نمونه­ها نیز با مغناطیس­­سنج ارتعاشی (VSM) اندازه­گیری شد. تحلیل طرح پراش پرتو X ترکیبات، نشا­ن­دهنده­ی تشکیل فاز اصلی فریت­های اسپینلی در ابعاد نانو و بدون مشاهده­ی فاز فرعی است. هم­چنین نتایج XRD نشان می­دهند که نشاندن منگنز به­جای نیکل بدون تغییر ساختار اسپینلی، موجب افزایش ثابت شبکه می­شود. تصاویر TEM نیز تشکیل نانوذرات مورد نظر را با توزیع مطلوبی پس از گرمادهی در ابعاد نانومتری تأیید می­کنند. نتایج اندازه­گیری مغناطش در میدان­های خارجی تا kOe8± در دمای اتاق نشان می­دهد که تمام ترکیبات دارای خاصیت ابرپارامغناطیسی با میدان وادارندگی و مانده مغناطش صفر هستند. علاوه بر آن مغناطش اشباعی ترکیبات با افزایش جانشانی Mn2+ به ازای 25/0 x < افزایش و به ازای 5/0  < x <25/0کاهش می­یابد. این رفتار با در نظر گرفتن نشاندن یون Mn2+ در جایگاه­های هشت‌وجهی ساختار اسپینلی و تأثیر مستقیم آن بر مغناطش زیرشبکه­ی مربوطه توضیح داده می­شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Mn2+ substitution on the structure and magnetic properties of nanosized Ni(0.5-x)MnxZn0.5Fe2O4 (x = 0, 0.25, 0.35, 0.5) ferrites prepared by co-precipitation method

چکیده [English]

Nanoparticles of  Ni(0.5-x)MnxZn0.5Fe2O4 with stoichiometric proportion, x = 0, 0.25, 0.35, 0.5, were prepared via the chemical co-precipitation process. The structure properties of nanoparticles were investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). Their magnetic properties were evaluated on a vibrating sample magnetometer (VSM). The XRD patterns showed the formation of single-phased cubic spinel structure for all the annealed samples with no minor phase in nanometer size. Moreover the lattice constant tended to increase with increasing substitution of Mn+2 ions without any change in the spinel structure. The TEM images indicated that the nanosized particles were formed after annealing. The magnetic measurements of  nanoparticles were done at room temperature and the results showed that all nanoparticles exhibit a typical superparamagnetic behavior with no hysteresis. Moreover, the saturation magnetization increases up to a substitution level of x = 0.25 and then starts to decrease. The observed behavior is attributed to substitute of Mn+2 ions into the octahedral sites of the cubic spinel lattice which affected to its sublattice magnetization.

کلیدواژه‌ها [English]

  • nanoferrite
  • Magnetic nanoparticles
  • co-precipitation method
  • magnetic properties
[1] Gimenes R., Baldissera M. R., da Silva M. R. A., da Silveira C. A., Soares D. A. W., Perazolli L. A., da Silva M. R., Zaghete M. A.,"Structural and magnetic characterization of MnxZn1-x Fe2O4(x = 0.2; 0.35; 0.65; 0.8; 1.0) ferrites obtained by the citrate precursor method", Ceramics International 38 (2012) 741-746.

[2] Anjali V., Ratnamala C., "Effect of zinc concentration on the structural, electrical and magnetic properties of mixed Mn–Zn and Ni–Zn ferrites synthesized by the citrate precursor technique", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 306 (2006) 313–320.

[3] Amirabadizade A., Rasouli M. R., Sarhaddi R.,"Structural and magnetic properties of Co0.5Ni0.5-xMnxFe2O4 (x = 0, 0.15, 0.25, 0.35, 0.5) ferrite nanoparticles prepared via sol-gel auto-combustion method", Journal of Advances in Physics, Vol. 3, No. 3 (2013)267-271.

[4] Akther Hossain A. K. M., Mahmud S. T., Seki M., Kawai T., Tabata H., "Structural, electrical transport, and magnetic properties of Ni1-xZnxFe2O4", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 312 (2007) 210–219.

[5] Cullity B. D., Graham C. D., Introduction to Magnetic Materials (John Wiley & sons, New Jersey, 2009).

[6] منوچهری س.، عمیقیان ج.، مظفری م.، یوسفی م. ح.، "تهیه نانوذرات فریت کبالت-روی و بررسی تغییرات دمای بستن با جانشانی روی به جای کبالت در میدان مغناطیسی متناوب با بسامدهای گوناگون"، مجله بلورشناسی و کانی‌شناسی ایران، سال بیستم شماره1، (1391) ص 179-186.

[7] نیایی فر م.، مراحمی ف.، حسن‌پور ا.، عمیقیان ج.، "ساخت و بررسی ویژگی‌های ساختاری و مغناطیسی نانوذرات فریت منگنز جانشانی شده با کبالت"، مجله بلورشناسی و کانی‌شناسی ایران، سال بیست و یکم شماره1، (1393) ص 149-154.

[8] Ko¨seog˘lu Y., Alan F., Tan M., Yilgin R.,O¨ztu¨rk M.,"Low temperature hydrothermal synthesis and characterization of Mn dopedcobalt ferrite nanoparticles", Ceramics International38 (2012) 3625-3634.

[9] Mallapur M. M., Shaikh P. A., Kambale R. C., Jamadar H. V., Mahamuni P. U., Chougule B. K., "Structural and electrical properties of nanocrystalline cobalt substituted nickel zinc ferrite", Journal of Alloys and Compounds 479 (2009) 797-802.

[10] Siva Ram Prasad M., Prasad B. B. V. S. V., Rajesh B., Rao K. H., Ramesh K. V., "Magnetic Properties and DC Electrical Resistivity Studies on Cadmium substituted Nickel-Zinc Ferrite System", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 323 (2011) 2115–2121.

[11] Islam M.U., Abbas T., Niazi S. B., Ahmad Z., Sabeen S., Chaudhry M. A., "Electrical behaviour of fine particle, co-precipitation prepared Ni–Zn ferrites", Solid State Communications 130 (2004) 353–356.

[12] Varshney D., Verma K., Kumar A.,"Structural and vibrational properties of ZnxMn1−xFe2O4 (x = 0.0, 0.25, 0.50, 0.75, 1.0) mixed ferrites", Materials Chemistry and Physics 131 (2011) 413–419.

[13] Gul I. H., Abbasi A. Z., Amin F., Anis-ur-Rehman M., Maqsood A., "Stractural, magnetic and electrical properties of Co‌1-x ZnxFe2O4 synthesized by co-precipitayion method", Journal of magnetism and magnetic materials 311 (2007) 494-499.

[14] Chen D. G., Tang X. G., Wu J. B., Zhang W., Liu Q. X., Jiang Y. P., "Effect of grain size on the magnetic properties of superparamagnetic Ni‌0.5Zn0.5Fe2O4 nanoparticles by co-precipitation process", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 323 (2011) 1717-1721.

[15] Venkataraju C., Sathishkumar G., Sivakumar K., "Effect of cation distribution on the structural and magnetic properties of Nickel substituted nanosized Mn–Zn ferrites prepared by co-precipitation method", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 322 (2010) 230-233.

[16] Shirsath S E., Toksha B. G., Kadam R. H., Patange S. M., Mane D. R., Jangam G. S., Ghasemi A., "Doping effect of Mn2+ on the magnetic behavior in Ni–Zn ferrite nanoparticles prepared by sol–gel auto-combustion", Journal of Physics and Chemistry of Solids 71 (2010) 1669-1675.

[17] Singhal S., Jauhar S., Lakshmi N., Bansal S., "Mn3+ substituted Co-Cd ferrites, CoCd0.4MnxFe1.6-xO4 (0.1 ? x ? 0.6): cation distribution, structural, magnetic and electrical properties", Journal of Molecular Structure, 1038 (2013) 45-51.

[18] Srivastava M., Chaubey S., Ojhah A. K., "Investigation on size dependent structural and magnetic behavior of nickel ferrite nanoparticles prepared by sol–gel and hydrothermal methods", Materials Chemistry and Physics 118 (2009) 174–180.

[19] Rahman O., Mohapatra Subash C., Ahmad S.,"Fe3O4 inverse spinal super paramagnetic nanoparticles", Materials Chemistry and Physics 132 (2012) 196–202.

[20] Vejpravova J. P., Sechovsky V., Niznansky D., Plocek J., Hutlova A., Rehspringer J.L., "Superparamagnetism of Co-Ferrite Nanoparticles", WDS'05 Proceedings of Contributed Papers, Part III, (2002) 518–523.

[21] Oliver S. A., Willey R. J., Hamdeh H. H., and Busca G.‌ O., "Structure and magnetic properties of magnesium ferrite fine powders", Scripta Metallurgica et Materialia 33(1995) 1695-1701.







[22] Respaud M.," Magnetization process of noninteracting ferromagnetic cobalt nanoparticles in the superparamagnetic regime: Deviation from Langevin law", Journal of Applied Physics 86 (1999) 556-561.

[23] Iyer R., Desal R., Upadhyay R. V.,"Low temperature synthesis of nanosized Mn1-xZnxFe2O4 ferrites and their characterizations", Bulletin of Materials Science, Vol. 32, No. 2, April ( 2009).