تهیه‌ی نانو پودرهای هسته‌-پوسته‌ی اکسیدهای آهن - رویFe3O4- ZnO) ) و بررسی ویژگی‌های نوری و مغناطیسی آن

نویسندگان

1 واحد علوم تحقیقات خوزستان

2 دانشگاه آزاد واحد نجف آباد

چکیده

در این پژوهش نخست با استفاده از اتیلن گلیکول و نیترات آهن، نانو ذرات مگنتیت  (Fe3O4)به روش سل- ژل تهیه و سپس با سیترات سدیم در اتمسفر آرگون بهینه سازی شد. نانو ذرات اکسید روی نیز به روش هم رسوبی با کربنات آمونیوم و استات روی تهیه و در دمای  oC350 و به مدت 3 ساعت برشته شد. سرانجام باداشتن نانوذرات Fe3O4  و  ZnO  اصلاح شده، سامانه هسته- پوسته ZnO-4 Fe3Oتهیه شد. ویژگی­های ساختاری و میانگین اندازه­ی بلورک­های پودرهای تهیه شده با پراش سنجی پرتو X مورد بررسی قرار گرفت. ریخت­شناسی و اندازه­ی میانگین ذرات با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)  و تراگسیلی (TEM) تعیین و تفسیر شدند. بررسی بیناب­سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR) نشان از تشکیل پیوندهای آلی و معدنی در نمونه­ها دارد به این صورت که ستیغ موجود درcm-181/443 به نوسانات پیوندهایZn-O  و ستیغ واقع در cm-120/540 به ارتعاشات پیوندFe-O وابسته است. برای تعیین طول موج بیشینه جذب، از بیناب­سنجی دیدگانی- فرابنفش (UV-Vis) بهره­گیری شد. نتایج نشان می­دهد که مقدار طول موج بیشینه­ی جذب نانوپودرهای هسته- پوسته در مقایسه با نانوذرات خالص اکسید روی افزایش یافته است. ویژگی­های مغناطیسی نمونه­های پودری با اندازه­گیری تغییرات مغناطش بر حسب میدان مغناطیسی با استفاده از یک مغناطش­سنج  لرزه­ای VSM)) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می­دهد که نانوذرات مگنتیت ابرپارامغناطیس هستند. از سویی در  نمونه­ی هسته- پوسته، با افزایش نسبت مولی اکسید روی به مگنتیت، مقدار میدان وادارندگی تغییرات چندانی نداشته است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Preparation of Fe3O4-ZnO core - shell nanopowders and comparison of their magnetic and optical Properties

چکیده [English]

In this study, at first the magnetite (Fe3O4) nano particles were prepared by sol-gel method under inert atmosphere using ferric nitrate (Fe (NO3)3.9H2O) and ethylene glycol (C2H6O2) as precursors. In the next stage, magnetite nanoparticles were modified by Sodium citrate under Ar atmosphere. Also zinc oxaid (ZnO) nanoparticles were provided via co-precipitation route and heat treatment using ammonium carbonate and zinc acetate as precursors. The precursor was dried and then calcined at 350oC. Finally with the ZnO and modified Fe3O4 nanoparticles, core–shell system was produced. X-ray diffraction pattern (XRD) considered structure characteristic and the size of crystallites. Morphology and the average size of particles were determined by SEM and TEM electron microscope. The UV absorption spectra show that absorption wavelength value for Fe3O4/ZnO core-shell is increased in comparison with ZnO pure nanoparticles.  FT-IR Spectra indicated the characteristic absorption of Zn–O bond is at 443/81 cm-1 and   Fe–O bond is at 540/20 m-1. Variation of magnetization of samples with respect to the external field was investigated by Vibrating Sample Magnetometer (VSM). Investigation shows that Fe3O4 nanoparticles are super paramagnetic but Fe3O4/ZnO core-shell nanopowders are ferromagnetic. On the other hand, in core-shell system, the amount of remanence or coercivity field have not had a considerable changes with increasing in molar ratio of ZnO to magnetite.                                                     

کلیدواژه‌ها [English]

  • magnetite
  • Zinc oxide
  • Core – shell
  • nanoparticle
  • Sol-gel
[1] Sounderya N., Zhang Y., "Use of Core-Shell Structured Nanoparticles for Biomedical Applications", Journal of Biomedical Engineering1 (2008) 34-42.

[2] Zeng H., Sun Sh., Li J., Wang Z.L., Liu J.P., "Tailoring magnetic properties of core/shell nanoparticles", Journal of Applied Physics Letters 85 (2004) 792-294.

[3] Xinchao W., Viadero R., "Synthesis of magnetite nano particle with ferric iron recovered from acid mine drainage for : Implications environmental" , Journal of Physicochemical and Engineering Aspects 294 (2007) 280-286.

[4] Cabrera L., CUtieeeerrez S., Menendez N., Morales M.P., Herrasti P., "Magnetite nano particles: Electrochemical synthesis an characterization", Journal of Electrochemica Acta 53 (2008) 3436 - 3441.

[5] Ashour A., Kaid M., "Physical Properties of ZnO Thin Films Deposited by Spray Pyrolysis", Journal of Applied Surface Science 252 (2006) 7844-7848.

[6] Weifeng Liu., Guotong Du., Yanfeng S., Yibin Xu., Tianpeng Y., Xinsheng W., Yuchun Ch., Fabin Q., "Al-doped ZnO thin films deposited by reactive frequency magnetron sputtering : H2 -induced property changes", Thin Solid Films 515(2007)3057-3060.

[7] Wang Z.S., Huang C.H., Huang Y.Y., Hou Y.J., Xie P.H., Zhang B.W., Cheng H. M., "A highly efficient solar cell made from a dye-modified ZnO covered TiO2 nanoporous electrode", Chemistry of Materials 13 (2001) 678–682.

[8] Kluth O., Rech B., Houben L., Wieder S., Schope G., Beneking C., Wagner H., Loffl A., "ZnO:Al coated glass substrates for silicon based thin film solar cells", Thin Solid Films 351(1999) 247-253.

[9] Choopun S., Tubtimtae A., Santhaveesuk T., Nilphai S., Wongrat E., Hongsith N., "Zinc oxide nanostructures for applications as ethanol sensors and dye- sensitized solar cells", Applied Surface Science 256 (2009) 998–1002.

[10] Tornow J., Schwarzburg K., "Transient electrical response of dye-sensitized ZnO nanorod solar cells", Journal of Physical Chemistry 111 (2007) 8692–8698.

[11] Zhang R., Kumar S., Zou S., Kerr L.L., "High-density vertically aligned ZnO rods with a multistage terrace structure and their improved solar cell efficiency", Crystal Growth and Design 8 (2007) 381–383.

[12] Suliman A.E., Tang Y.W., Xu L., "Preparation of ZnO nanoparticles and nanosheets and their application to dye-sensitized solar cell", Solar Energy Materials and Solar Cells91 (2007) 1658-1662.

[13] Moustaghfir A., Tomasella E., Jacque M., Rivaton A., Mailhot B., Gardette J.L., Beche E., "ZnO/Al2O3 coatings for the photoprotection of polycarbonate", Journal of Thin Solid Film 515(2006)662-665.

[14] Xiong H., Xu Y., Ren Q., Xia Y., "Stable aqueous ZnO@polymer core-shell nanoparticles with tunable photo luminescence and their application in cell imaging", Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 7522 – 7523.

[15] Jing X., Haibin Y., Wuyou F., Kai D., "Preparation and magnetic properties of magnetite nanoparticles by sol-gel method", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 39(2007)307-311.

[16] Lavat A.E., Wagner C.C., Tasca J.E., "Interaction of Co-ZnO pigments with ceramic frits : A combined study by XRD, FTIR and UV-visible", Ceramics International 34 (2008) 2147-2153.

[17] Zhang H., Yang D., Li S., Ma X., Ji Y., Xu J., Que D., "Controllable growth of ZnO nanostructures by citric acid assisted hydrothermal process", Journal of Materials Letters 59 (2005) 1696 - 1700.

[18] Han D. H., Wang J.P., Luo H.L., "Crystallite size effect on saturation magnetization of fine ferrimagnetic particles", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 136 (1994) 176-182.

[19] Lin C.R., Chu Y.M., Wang S.C., "Magnetic properties of magnetite nanoparticles prepared by mechanochemical reaction", Materials Letters60 (2006) 447-450.

[20] Curiale J., Granada M., Troiani H.E., Sanchez R.D., Leyva A.G., Levy P., Samwer K., "Magnetic dead layer in ferromagnetic manganite nanoparticles", Applied Physics Letters 95 (2009) 043106-043109.