ساخت و بررسی ویژگی‌های ساختاری و مغناطیسی نانوذرات فریت منگنز جانشانی شده با کبالت

نویسندگان

دانشگاه آزاد اسلامی

چکیده

در این پژوهش، نانوذرات فریت کبالت­- منگنز CoxMn1-xFe2O4 ( 7/0≤ x ≤0)، با نیترات­های فلزی و اسید سیتریک، به روش سل ژل خود احتراقی تهیه شده و ویژگی­های ساختاری پودرهای حاصل، با پراش سنج پرتو ایکس (XRD)، بیناب­سنج فروسرخ
(FT-IR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی شدند. الگوهای XRD  نشان می­دهند که بلورک­های تشکیل شده دارای ساختار اسپینلی مکعبی تکفاز وابسته به گروه فضایی Fd3m و میانگین اندازه­ی بلورک­های20 نانومتر است. با استفاده از رابطه­ی براگ، مشاهده شده است که با افزایش جانشانی کبالت تا 5/0x = پارامتر ثابت شبکه افزایش و سپس برای 7/0x = کاهش می یابد. بیناب­های FT- IR نشان می دهند که پهنه­ی جذبی پیرامون cm-1 572 به برهم کنش میان آهن­- اکسیژن در جایگاه­های چهاروجهی در ساختار اسپینل وابسته است. با استفاده از تصاویر SEM مشاهده می شود که ذرات دارای ریخت کروی و میانگین اندازه­ی بین 50 تا80 نانومترند. بررسی­چرخه­ها­ی پسماند مغناطیسی نمونه­ها رسم شده با مغناطیس­سنج نمونه­ی لرزشی (VSM) نشان می­دهد که در اثر جانشانی یون­های Co2+ در فریت منگنز، مغناطش اشباع برای نمونه­های با 5/0 x ≤ افزایش و سپس برای نمونه­ی با  7/0x= کاهش می­یابد که می­توان پنداشت به سبب تفاوت گشتاورهای مغناطیسی یون­ها در جایگاه­های چهاروجهی و هشت­وجهی در فریت اسپینلی باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Synthesize and Investigation of Magnetic and Structural Properties of MnFe2O4 Nanoparticles Substituted by Co2+

چکیده [English]

In this research CoxMn1-xFe2O4 nano particles (0 ≤ x≤ 0.7), using high purity metal nitrates and citric acid have been prepared by sol gel auto combustion method. The obtained powders were characterized by XRD, FT – IR, SEM and VSM analysis. The XRD patterns showed that the formed crystallites were all in the cubic single phase and the formed crystallite belongs to the space group Fd3m and average particle size was 20 nm. It is observed that for x ≤ 0.5, ions Co2+ substituted into MnFe2O4 tends to increase the lattice parameter and for x = 0.7, tends to reduce the lattice parameter. FT - IR spectra showed that the metal - oxide vibration band 570 cm-1 assigned the band to the tetrahedral group that corroborated the spinel structure. By the SEM micrographs of the Co - Mn ferrite samples studied, and it can be seen that particles of samples are spherical in shape with the average grain size varies between 50 nm and 80 nm. Hysteresis loops of the samples were obtained by Vibration Sample Magnetometer (VSM) demonstrated an initial increase in the saturation magnetization for x ≤ 0.5, then decreases for x = 0.7 caused to the difference in the contributions from the magnetic moments of the substituted ions on tetrahedral sites and octahedral sites in the spinel ferrite.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanoparticles
  • Co - Mn Ferrite
  • magnetic properties
[1] Verwey J W., Heilmann E L, Journal of Chem Phys (1947) 174-180.

[2] Ahmed M A., Okasha N., El-Dek1 S I, "Preparation and characterization of nanometric Mn ferrite via different methods", Journal of Nanotechnology 19 (2008) 065603 (6pp).

[3] Shobana M K., Sankar S, "Characterization of sol gel prepared nanoferrites", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 599–601.

[4] Abdallah H M I., Moyo T., Msomi J. Z, "Mössbauer and Electrical Studies of MnxCo1−xFe2O4 Compounds Prepared via Glycothermal Route", Journal of Superconductivity and Novel Magnetism 24 (2011) 669 - 673

[5] Anselmi Tamburini U., Maglia F., Spinolo G., Munir Z A, "Combustion Synthesis: an Effective Tool for the Synthesis of Advanced Materials", Journal of Sci Tech (2000) 1-10.

[6] Shobana M K., Rajendran V., Jeyasubramanian K., Suresh Kumar N, "Preparation and characterisation of NiCo ferrite nanoparticles", Journal of Materials Letters 61(2007) 2616–2619.

[7] Cullity B. D., Elements of X-Ray Diffraction (Addison-Wesley, 1956).

[8] W.L. Bragg, "The Diffraction of Short Electromagnetic Waves by a Crystal", Proceedings of the Cambridge Philosophical Society, 17(1914) 43-57.

[9] Ahmad S H., Abdullah M H., Yusuf A L, Journal of General Pharmacology 24 (1993) 195-199.

[10] منوچهری س.، عمیقیان ج.، مظفری م.، یوسفی م، "تهیه‌ی نانوذرات فریت کبالت-روی و بررسی دمای بستن با جانشانی روی به جای کبالت در میدان مغناطیسی متناوب با بسامدهای گوناگون" ، مجله بلورشناسی و کانی شناسی ایران، شماره1. (1391). ص 179-186.

[11] Kambale R C., Shaikh P A., Harale N S., Bilur V A., Kolekar Y D., Bhosale C H., Rajpure Y K, "Structural and magnetic properties of Co1−xMnxFe2O4 (0≤x≤0.4) spinel ferrites synthesized by combustion route", Journal of Alloys and Compounds 490 (2010) 568–571.

[12] Sawatzky G A., Van Der W F., Morrish A H, Journal of Appl Phys 39 (1968) 1204.

[13] Waldron R D. "Infrared Spectra of Ferrites", Journal of Physical Review 15 (1955) 1727-1735.

[14] Yue Z., Guo W., Zhou J., Gui Z., Li L, "Synthesis of nanocrystalline ferrites by sol gel combustion process: the influence of pH value of solution", Journal of Magnetism and Magnetic Materials (2004) 216-223.

[15] Dutta P., Pal S., Seehra M. S., Shah N., Huffman G. P., "Size dependence of magnetic

parameters and surface disorder in magnetite nanoparticles," Journal of Applied Physics 105

(2009) 07B501.

[16] Van der zaag P J., Noordermeer A., Johnson M., Bongers P, (1992). Comment on "Size-dependent Curie temperature in nanoscale MnFe2O4 particles", Journal of Phys. Rev. Lett 68. 3112.

[17] http://www.webelements.com.