Структурные, электрические и магнитные свойства наноSr1−XLaXFe12O19 (X = 0,2

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 12723 (2022) Цитировать эту статью

1233 Доступа

12 цитат

Подробности о метриках

Настоящая работа посвящена в основном синтезу, структурным, электрическим и магнитным характеристикам наночастиц Sr1-XLaXFe12O19 (X = 0,2-0,8) (SLFO), синтезированных гидротермальным методом. Шестиугольные пики определяли с помощью рентгеноструктурного анализа. Полученные результаты показали, что константы решетки увеличиваются от 0,58801 до 0,58825 нм (а = b) и от 2,30309 до 2,30341 нм (в) с увеличением «X». Морфологические исследования показали, что зерна, как и наночастицы СЛФО, приобрели форму, близкую к сферической. Оптические свойства исследовали с помощью FTIR и УФ-видимого спектров. Было обнаружено, что оптическая запрещенная зона (Eg) SLFO увеличивается с 1,866 до 2,118 эВ с увеличением содержания легирующей примеси. Электрические свойства SLFO были подробно изучены в зависимости от температуры и частоты. Кроме того, были проведены анализ диэлектрического модуля и импедансной спектроскопии для описания поляризации пространственного заряда и механизма электропроводности соответственно. Петля гистерезиса (кривые М–Н) СЛФО выявила уменьшение намагниченности с 36,34 до 7,17 эме/г с увеличением «Х».

Среди всех магнитных материалов гексаферриты представляют собой особый класс материалов с высокой коэрцитивной силой. Таким образом, эти материалы широко известны как магнитотвердые материалы. Таким образом, гексаферриты получили широкое применение для изготовления постоянных магнитов. Такое преимущество было объяснено такими параметрами, как высокая намагниченность, константа магнитокристаллической анизотропии, дешевизна, термическая и химическая стабильность1. Различные свойства, такие как кристаллическая структура, размер частиц, морфология поверхности, метод приготовления, распределение катионов и т. д., могут способствовать достижению вышеупомянутых целей1. Обычно гексагональные ферриты делят на шесть типов: M (SrFe12O19), W (BaZn2Fe16O27), X (Ba2Mg2Fe28O46), Y (Ba2Co2Fe12O22) и Z (Ba3Mn2Fe24O41)2. Гексаферриты М-типа относятся к категории твердых ферритов. Общую химическую формулу гексаферрита М-типа можно записать как MFe12O19 (M = двухвалентные элементы, такие как Ba, Sr, Pb, Zn, Mg, Ni и т. д.), что соответствует структуре магнитоплюмбита2.

Благодаря выдающимся электрическим, магнитным, оптическим и электромагнитным свойствам гексаферриты М-типа нашли применение в поглотителях СВЧ, фильтрах, диагностике, феррожидкостях, сердечниках трансформаторов, магнитной памяти, магнитной записи и высокочастотных устройствах3. Лишь немногие из этих применений были получены из соединений гексаферрита М-типа, таких как BaFe12O19, SrFe12O19 и PbFe12O194,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18, 19,20,21,22,23. Кроме того, некоторые ученые особенно сосредоточились на синтезе и характеристике лантаноидов (La, Sm, Gd, Nd, Pr и т. д.), легированных SrFe12O19 (SFO) с целью повышения твердости SFO3. В результате лишь немногие свойства были существенно улучшены. Однако подробные сообщения о легированных La наночастицах SrFe12O19, связанных с электрическими, оптическими и магнитными свойствами, в литературе отсутствуют. Поэтому авторы сосредоточились на синтезе наночастиц SrLaFe12O19 для электрических, оптических, магнитных и импедансных характеристик с использованием гидротермального метода.

Метод гидротермального синтеза считается одним из самых простых и экономически эффективных методов синтеза наночастиц. Наночастицы Sr1−xLaxFe12O19 (x = 0,2–0,8) (SLFO) были приготовлены гидротермальным методом. Для синтеза наночастиц SLFO материалы-прекурсоры SrN2O6, LaN3O9 и FeN3O9 (99,88% каждый от Sigma-Aldrich), как указано в технологической схеме (рис. 1), были выбраны в соответствии со стехиометрическим соотношением. Различную массу нитратных материалов рассматривали для образцов x = 0,2–0,8. Далее прекурсоры переносили в стеклянный стакан, содержащий 50 мл деионизированной воды. Для смешивания предшественников стеклянный стакан помещали на магнитную мешалку. Раствор перемешивали около 3 часов. Во время перемешивания по каплям добавляли раствор NaOH до достижения стабильного значения pH (11). После этого полученный водный раствор хранили в тефлоновой чаше емкостью 300 мл, заключенной в автоклавный реактор из нержавеющей стали. Позже весь автоклавный реактор был перенесен в горячую печь для проведения гидротермальной реакции в течение 8 часов. На протяжении всей реакции температуру печи поддерживали на уровне 150°С. После завершения реакции печь охлаждали до комнатной температуры естественным путем. Затем полученный раствор несколько раз очищали дистиллированной водой и ацетоном для снижения значения pH полученного образца. Этот процесс продолжали до тех пор, пока pH не достигал 7. На следующем этапе образец, смешанный с ограниченным содержанием воды, сушили на магнитной мешалке с нагретой пластиной, поддерживая температуру 60 °C в течение двух часов для удаления влаги, присутствующей в образце. Целью нагрева является удаление остатков воды. Если не нагревать при низкой температуре, влага обязательно повлияет на различные электрические, оптические и магнитные свойства. Далее полученный образец измельчали ​​до мелкодисперсного порошка. Наконец, наночастицы в форме порошка были подвергнуты различным характеристикам, таким как дифракция рентгеновских лучей (XRD) (Bruker, λCuKα = 0,15406 нм), TEM (Tecnai G20, FEI, США), FESEM (Ultra 55, Carl Zeiss), FTIR. (Shimadzu), УФ-видимого спектрометра (JASCO, V-670 PC), LCR-контроллера (HIOKI 3532–50) и VSM (EV-7 H = ± 15 000 Э.) для выявления фазовых, морфологических, функциональных -группы, запрещенная зона, гистерезисное поведение и электрические свойства соответственно. Рисунок 1 иллюстрирует схематическое изображение процедуры синтеза готовых наночастиц.