ساخت و بررسی خواص مغناطیسی و دی‌الکتریکی نانوذرات هگزافریت استرانسیوم نوع M

موسوی قهفرخی, سید ابراهیم; حسینی, شهاب; زرگر شوشتری, مرتضی

ساخت و بررسی خواص مغناطیسی و دی‌الکتریکی نانوذرات هگزافریت استرانسیوم نوع M

نویسندگان

دانشگاه شهید چمران اهواز

چکیده

در این مقاله، نانوذرات هگزافریت استرانسیوم نوع M (SrFe12O19) به روش سل- ژل احتراقی تهیه شدند. برای بهدست آوردن دمای پخت بهینه، از آنالیز توزین گرمایی (DTA/TG) استفاده شد. براساس نتایج بهدست آمده از این آنالیز، ژل خشک پودری هگزافریت استرانسیوم در دماهای C°750 تا C°1050 و در زمانهای پخت 4 تا 7 ساعت پخت صورت گرفت. خواص ساختاری و ریختشناسی نمونهها به وسیلهی طیف پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف فروسرخ- تبدیل فوریه (FT- IR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی شدند. همچنین خواص مغناطیسی و دیالکتریک نمونهها، به وسیلهی مغناطیس ارتعاشی (VSM) و دستگاه LCR متر، در دمای اتاق اندازهگیری شدند. نتایج حاصل از اندازهگیریهای مغناطیسی نمونهها نشان میدهد که در پذیرفتاری مغناطیسی هر نمونه، تنها یک قله وجود داشت که با نتایج به دست آمده از الگوی پراش پرتو ایکس نمونهها، مبنی بر تکفاز بودن نمونهها همخوانی داشت. همچنین اندازهگیریهای دیالکتریکی نمونهها نشان میدهد که با افزایش بسامد، ثابت دیالکتریک و اتلاف دیالکتریک نمونهها کاهش مییابد. که این روند کاهش نشان دهندهی رفتار طبیعی فریتهاست. نتایج XRD نشان داد که نمونهی با دما و زمان پخت حدود C°950 و 4 ساعت تکفاز است. طیف FT- IR نشان داد که وجود قلههای جذبی در گسترهی cm-1580 -560 و cm-1470 -430 در همهی نمونهها، بهترتیب بیانگر تشکیل خوشههای چهاروجهی و هشتوجهی اکسیدهای فلزی در فریتها هستند. همچنین اندازهی نانوذرات بر اساس تصاویر SEM در حدود 70 نانومتر است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Fabrication and investigation of the magnetic and dielectric properties of M- type strontium hexaferrite nanoparticles

چکیده [English]

In this research, M- type strontium hexaferrite nanoparticles (SrFe12O19) were synthesized via combustion sol–gel technique. To determine the optimum annealing temperature, thermogravimetry-differential thermal analysis (DTA/TG) was used. Based on the results obtained from this analysis, the powders strontium hexaferrite were annealed between temperatures 750 and 1050°C. The structural and morphology properties of the samples were investigated by X- ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FT- IR) and scanning electron microscopy (SEM). The XRD results showed that the sample with annealing temperature and annealing time of 950°C and 4h is single-phase. Also, magnetic and dielectric properties of the samples were studied by VSM and LCR meter at room temperature. The results of magnetic measurements show that there is only one peak in the magnetic susceptibility of all samples. This and the results obtained by XRD patterns are correspond to that of the single phase. Also, the dielectric measurements show that the samples with increasing frequency dielectric constant and dielectric loss of the samples decrease. These decline procedure dielectrics indicative of normal behavior of ferrites. The FT-IR results revealed that the frequency bands in the range of 560–580 cm-1 and 430– 470 cm-1 correspond to the formation of tetrahedral and octahedral clusters of the metal oxides in ferrites, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

strontium hexaferrite
Nanoparticles
sol– gel technique
magnetic
dielectric

مراجع

[1] Valenzuela R., Magnetic ceramics, (Cambridge University Press, 1994).

[2] Fang C. M., Kools F., Metselaar R., de G., and de Groot R. A., "Magnetic and electronic properties of strontium hexaferrite SrFe12O19 from first-principles calculations," Physics: Condensed Matter 15, (2003) 6229.

[3] Iqbal M. J., Ashiq M. N., Hernandez-Gomez P., Munoz J. M. M., and Cabrera C. T., "Influence of annealing temperature and doping rate on the magnetic properties of Zr–Mn substituted Sr-hexaferrite nanoparticles," Alloys and Compounds 500, (2010) 113.

[4] مرتضی زرگر شوشتری، فرشته رنجبر، سید ابراهیم موسوی قهفرخی، "ساخت و بررسی خواص ساختاری نانوذرات هگزافریت استرانسیوم نوع M آلائیده شده با کبالت"، مجله بلورشناسی و کانی شناسی ایران ، سال بیست و یکم، شماره 1، بهار 92، از صفحه 167 تا 178.

[5] Goldman A., Modern Ferrite Technology, (Springer Science+Business Media, Inc, 2nd Ed (2006).

[6] Wohlfarth E.P., Handbook of Magnetic Materials, Volume 3, (North-Holland Publishing Company, (1982).

[7] Hussain S., Shah N. A., Maqsood A., Ali A., Naeem M., and Ahmad Ail Seyed W., "Characterization of Pb-doped Sr-Ferrites at Room Temperature," Superconductivity and Novel Magnetism 24, (2011) 1245.

[8] Iqbal M. J., Ashiq M. N., Gul I. H., "Physical, electrical and dielectric properties of Ca-substituted strontium hexaferrite (SrFe12O19) nanoparticles synthesized by co-precipitation method," Magnetism and Magnetic Materials 322, (2010) 1720.

[9] Koohdar H. R., Seyyed Ebrahimi S. A., Yourdkhani A., Dehghan R., and Zajkaniha F., “Optimization of hydrogen dynamic heat treatment and re-calcination forpreparation of strontium hexaferritenanocrystalline powder”, Alloys and Compounds 479, (2009) 638.

[10] Ketov SV., Yagodkin Y.D., Lebed AL, Chernopyatova Y.V., and Khlopkov K., “Structure and magnetic properties of nanocrystalline SrFe12O19 alloy produced by high-energy ball milling and annealing”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 300, (2006) 479.

[11] Guo Z.B., Ding W.P., Zhong W., Zhang J.R., and Du Y.W., “Preparation and magnetic properties of SrFe12O19 particles prepared by the salt-melt method”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 175, (1997) 333.

[12] Kazin P. E., Trusov L. A., Zaitsev D. D., and Tret’yakov Yu. D., “GlassCrystallization Synthesis of UltrafineHexagonal M-Type Ferrites: Particle Morphologyand Magnetic Characteristics”, Russian Journal of Inorganic Chemistry 54, (2009) 2081.

[13] Harris A, IR., and Ponton CB., “Magnetic properties of hydrothermally synthesized strontium hexaferrite as a function of synthesis conditions”, Journal of Materials Science 30, (1995) 1429.

[14] Yongfei W., Qiaoling L., Cunrui Z., and Hongxia J., "Preparation and magnetic properties of different morphology nano- SrFe12O19 particles prepared by sol–gel method," Alloys and Compounds 467, (2009) 284.

[15] Sachin T., Ramesh C. A., and Vijaya A, “Reaction kinetic, magnetic and microwave

absorption studies of SrFe11.2Ni0.8O19 hexaferrite nanoparticles”, Journal of Materials Science: Materials in Electronics 22, (2011) 1085.

[16] Teh G. B., Wong Y. C., and Tilley R. D., "Effect of annealing temperature on the structural,

photoluminescence and magnetic properties of sol–gel derived Magnetoplumbite-type (M-type) hexagonal strontium ferrite," Journal of Magnetism and Magnetic Materials 323, (2011) 2318.

[17] Pavia D. L., Lampman G. M., Krize G. S., and Vyvyan J. R., “Introduction to Spectroscopy”, (Brooks/ColeCengage Learning, 4th ed (2009).

[18] Iqbal M. J., Ashiq M. N., Hernandez-Gomez P., Munoz J. M.,“Magnetic, physical and electrical properties of Zr–Ni-substituted co-precipitated strontium hexaferrite nanoparticles”, Scripta Materialia 57, (2007) 1093.

[19] Sachin T., Ramesh C. A., and Agarwala V., “Reaction kinetic, magnetic and microwave

absorption studies of SrFe11.2Ni0.8O19 hexaferrite nanoparticles”, Journal of Materials Science: Materials in Electronics 22, (2011) 1085.

[20] Ashiq M. N., Iqbal M. J., Najam-ul-Haq M., Hernandez G. P., Qureshi A.M., “Synthesis, magnetic and dielectric properties of Er–Ni doped Sr-hexaferrite nanomaterials for applications in High density recording media and microwave devices”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 324, (2012) 15.

[21] Iqbal M. J., and Farooq S., “Enhancement of electrical resistivity of Sr0.5Ba0.5Fe12O19 nanomaterials by doping with lanthanum and nickel”, Materials chemistry and physics 118, (2009) 308.

[22] Iqbal M. J., Ashiq M. N., "Physical and electrical properties of Zr–Cu substituted strontium hexaferrite nanoparticles synthesized by co-precipitation method," Chemical Engineering Journal 136, (2008) 383.

[23] M. Anis-ur-Rehman, G. Asghar, "Variation in structural and dielectric properties of co-precipitated nanoparticles strontium ferrites due to value of pH," Alloys and Compounds 509, 435-439 (2011).