بررسی تشکیل فازها، خواص مغناطیسی و ریزساختار نانوذرات نیکل فریت سنتز شده با سل- ژل خود احتراقی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مواد ومتالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در این پژوهش نانوذرات نیکل فریت به روش سل –ژل خوداحتراقی سنتز شدند و تأثیر دمای کلسیناسیون بر تشکیل فازها، خواص مغناطیسی و ریزساختار نانوذرات نیکل فریت سنتز شده با استفاده از پراش پرتو ایکس، مغناطومتر نمونه ارتعاشی و میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. همچنین برروی نتایج پراش پرتو ایکس آنالیز کمی صورت گرفت. بررسی‌های ریزساختاری و محاسبه اندازه بلورک‌ها تشکیل نانوذرات را نشان داد. الگوهای پراش پرتو ایکس نشان داد که محصول احتراق شامل نیکل فریت، هماتیت، NiO، FeNi3 است. با انجام کلسیناسیون، FeNi3 حذف شد و مقدار NiO و هماتیت با تغییر دمای کلسیناسیون تغییر کرد. مغناطش اشباع با کلسیناسیون در دمای 600 درجه سانتی‌گراد از emu/g37 به emu/g30 کاهش یافت که به‌دلیل تجزیه فاز مغناطیسی FeNi3 و افزایش مقدار فاز آنتی‌فرومغناطیسی هماتیت است. میدان پسماندزدا نیز افزایش پیدا کرد که می‌تواند به‌دلیل افزایش نسبی مقدار فاز نیکل فریت و حذف فاز FeNi3 باشد. مقدار مغناطش اشباع در نمونه کلسینه شده در دمای 1000 درجه سانتی‌گراد به‌دلیل واکنش بین هماتیت و اکسید نیکل و افزایش درصد نیکل فریت به مقدار emu/g43 افزایش یافت و نیروی پسماندزدای مغناطیسی تا Oe127 کاهش یافت که می‌تواند به‌دلیل افزایش اندازه ذرات و ایجاد ذرات مغناطیسی چند سامان باشد.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluating Phase Constituents, Magnetic Properties and Microstructure of Nickel Ferrite Nanoparticles Synthesized by Sol-Gel Auto-Combustion

نویسندگان [English]

  • S. Alamolhoda
  • S. M. Mirkazemi
  • T. Shahjooyi
  • N. Benvidi
Department of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science & Technology (IUST), Tehran, Iran
چکیده [English]

In this research, nickel ferrite nanoparticles were synthesized by sol-gel auto-combustion route, and the effect of calcination temperature on phase constituents, magnetic properties and microstructure of the synthesized nanoparticles was evaluated using X-ray Diffraction (XRD), Vibrating Sample Magnetometer (VSM) and Scanning Electron Microscopy (SEM). XRD results were submitted to quantitative analysis. Microstructural studies and crystallite size calculations showed formation of nanoparticles. XRD results showed that the combustion product consisted of NiFe2O4, α-Fe2O3, NiO, and FeNi3 phases. FeNi3 was eliminated by calcination, and the amounts of NiO and α-Fe2O3 were modvlated by changing in calcination temperature. Saturation magnetization changed from 37emu/g in combustion product to 30emu/g by calcination at 600°C, due to decomposition of FeNi3 magnetic phase and formation of higher amount of antiferromagnetic hematite phase. Also, the coercivity values increased, that could be due to increasing the amount of nickel ferrite phase and eliminating FeNi3 phase. Saturation magnetization reached to 43emu/g in calcinated sample at 1000°C due to the reaction between hematite and NiO phases that led to formation of higher amount of nickel ferrite to 43emu/g. Coercivity value dropped out to 127Oe by calcination at 1000°C, the reason of which could be incresing of particle size and formation of multi domain magnetic particles.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • magnetic properties
  • Sol-Gel Auto-Combustion
  • Nickel ferrite

مراجع

1. Yue, Z., Zhou, J., Wang, X., Gui, Z., and Li, L., “Preparation and Magnetic Propertoes of Titanium Substituted LiZn Ferrites via a Sol-Gel Auto-Combustion Process”, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 23, pp. 189-193, 2003.
2. Sivakumar, P., Ramesh, R., Ramanand, A., Ponnusamy, S., and Muthamizhchelvan, C., “Synthesis, Studies and Growth Mechanism of Ferromagnetic NiFe2O4 Nanosheet”, Applied Surface Science, Vol. 258, pp. 6648-6652, 2012.
3. George, M., John, A. M., Nair, S. S., Joy, P. A., and Anantharaman, M. R., “Finite Size Effects on the Structural and Magnetic Properties of Sol–Gel Synthesized NiFe2O4 Powders”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 302, pp. 190-195, 2006.
4. Satyanarayana, L., Reddy, K. M., and Manorama, S. V., “Nanosized Spinel NiFe2O4: A Novel Material for the Detection of Liquefied Petroleum Gas in Air”, Materials Chemistry and Physics, Vol. 82, pp. 21-26, 2003
5. Manuel Perez, J., Joseph Simeone, F., Tsourkas, A., Josephson, L., and Weissleder, R., “Peroxidase Substrate Nanosensors for MR Imaging”, Nano Letters, Vol. 4, pp. 119-122, 2004.
6. Sivakumar, P., Ramesh, R., Ramanand, A., Ponnusamy, S., and Muthamizhchelvan, C., “Structural, Thermal, Dielectric and Magnetic Properties of NiFe2O4 Nanoleaf”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 537, 203-207, 2012.
7. Maaz, K., Karim, S., Mumtaz, A., Hasanain, S. K., Liu, J., and Duan, J. L., “Synthesis and Magnetic Characterization of Nickel Ferrite Nanoparticles Prepared by Co-Precipitation Route”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 321, pp. 1838-1842, 2009.
8. Komarneni, S., D’Arrigo, M. C., Leonelli, C., Pellacani, G. C., and Katsuki, H., “Microwave-Hydrothermal Synthesis of Nanophase Ferrites”, Journal of the American Ceramic Society, Vol. 81, pp. 3041-3043, 1998.
9. Liu, J. H., Wang, L., and Li, F. S., “Magnetic Properties and Mössbauer Studies of Nanosized NiFe2O4 Particles”, Journal of Materials Science, Vol. 40, pp. 2573-2575, 2005.
10. Hirai, T., Kobayyashi, J., and Komasawa, I., “Preparation of Acicular Ferrite Fine Particles using an Emulsion Liquid Membrane System”, Langmuir, Vol. 15, pp. 6291-6298, 1999.
11. Liu, X., Fu, S., and Huang, C., “Magnetic Properties of Ni Ferrite Nanocrystals Dispersed in the Silica Matrix by Sol-Gel Technique”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 281, pp. 234-239, 2004.
12. Alamolhoda, S., Mirkazemi, S. M., Shahjooyi, T., and Benvidi, N., “Effect of Cetyl Trimethylammonium Bromide (CTAB) Amount on Phase Constituents and Magnetic Properties of Nano-Sized NiFe2O4 Powders Synthesized by Sol-Gel Auto-Combustion Method”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 638, pp. 121-126, 2015.
13. Seyyed Ebrahimi, S. A., and Azadmanjiri, J., “Evaluation of NiFe2O4 Ferrite Nanocrystalline Powder Synthesized by a Sol-Gel Auto-Combustion Method”, Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 353, pp. 802-804, 2007.
14. Azadmanjiri, J., Seyyed Ebrahimi, S. A., and Salehani, H. K., “Magnetic Properties of Nanosize NiFe2O4 Particles Synthesized by Sol-Gel Auto Combustion Method”, Ceramics International, Vol. 33, pp. 1623-1625, 2007.
15. Alamolhoda, S., Mirkazemi, S. M., Benvidi, N., and Shahjooyi, T., “Effect of Fuel-to-Oxidant Ratio on Phase Constituents, Microstructure and Magnetic Properties of NiFe2O4-Based Composite Nanopowder Synthesized by Sol-Gel Auto-Combustion Method”, Journal of Sol- Gel Science and Technology, Vol. 77, pp. 534-541, 2016.
16. Rietveld, H. M., “A Profile Refinement Method for Nuclear and Magnetic Structures”, Journal of Applied Crystallography, Vol. 2, pp. 65-71, 1969.
17. Cullity, B. D., Elements of X-Ray Diffraction, 2rd ed., Addison-Wesely Publishing Co., 1978.
18. O’Handley, R. C., Modern Magnetic Materials Principles and Application, John Wiley & Sons INC, 2000.
19. Zhu, J., Xiao, D., Li, J., Yang, X., and Wu, Y., “Characterization of FeNi3 Alloy in Fe-Ni-O System Synthesized by Citric acid Combustion Method”, Scripta Materialia, Vol. 54, pp. 109-113, 2006.
20. Sivakumar, P., Ramesh, R., Ramanand, A., Ponnusamy, S., and Muthamizhchelvan, C., “Preparation and Properties of Nickel Ferrite (NiFe2O4) Nanoparticles via Sol-Gel Auto-Combustion Method”, Materials Research Bulletin, Vol. 46, pp. 2204-2207, 2011.
21. Tadic, M., Panjan, M., Markovic, D., Stanojevic, B., Jovanovic, D., Milosevic, I., and Spasojevic, V., “NiO Core-Shell Nanostructure with Ferromagnetic-Like Behavior at Room Temperature”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 586, pp. S322-S325, 2014.
22. Lin, C. S., Hwang, C. C., Huang, T. H., Wang, G. P., and Peng, C. H., “Fine Powders of SrFe12O19 with SrTiO3 Additive Prepared via a Quasi-Dry Combustion Synthesis Route”, Materials Science and Engineering B, Vol. 139, pp. 24-36, 2007.
23. Buschow, K. H. J., Handbook of Magnetic Materials, Elsevier Science, Amsterdam, 1995.
24. Gao, P. Z., Rebrov, E. V., Verhoeven, T. M., Schouten, J. C., and Kleismit, R., “Structural Investigations and Magnetic Properties of Sol-Gel Ni0.5Zn0.5Fe2O4 Thin Films for Microwave Heating”, Journal of Applied Physics, Vol. 107, PP. 044317, 2010.
مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 36، شماره 2
شهریور 1396
صفحه 47-54

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی