Proprietà strutturali, elettriche e magnetiche del nano Sr1−XLaXFe12O19 (X = 0,2

May 12, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 12723 (2022) Citare questo articolo

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Il lavoro attuale è principalmente dedicato alla sintesi, caratterizzazione strutturale, elettrica e magnetica delle nanoparticelle Sr1−XLaXFe12O19 (X = 0,2–0,8) (SLFO) sintetizzate tramite la tecnica idrotermale. I picchi esagonali sono stati determinati utilizzando l'analisi di diffrazione di raggi X. I risultati ottenuti hanno indicato che è stato notato che le costanti reticolari aumentavano da 0,58801 a 0,58825 nm (a = b) e da 2,30309 a 2,30341 nm (c) con aumento di in "X". Gli studi morfologici hanno assicurato che i grani e le nanoparticelle di SLFO acquisissero una forma quasi sferica. Le proprietà ottiche sono state studiate utilizzando spettri FTIR e UV-Visibile. È stato riscontrato che il gap di banda ottica (Eg) dell'SLFO aumenta da 1.866 a 2.118 eV con l'aumento del contenuto di drogante. Le proprietà elettriche dell'SLFO sono state studiate in dettaglio in funzione della temperatura e della frequenza. Inoltre, è stata effettuata l'analisi del modulo dielettrico e della spettroscopia di impedenza per descrivere rispettivamente la polarizzazione della carica spaziale e il meccanismo di conduzione elettrica. Il ciclo di isteresi (curve M – H) dell'SLFO ha rivelato la diminuzione della magnetizzazione da 36,34 a 7,17 emu/g con aumento di 'X'.

Tra tutti i materiali magnetici, le esaferriti sono la classe speciale di materiali ad alta coercività. Pertanto, questi materiali sono popolarmente conosciuti come materiali magnetici duri. Pertanto, le esaferriti hanno trovato applicazioni significative per la produzione di magneti permanenti. Questo tipo di vantaggio è stato attribuito a parametri quali elevata magnetizzazione, costante di anisotropia magnetocristallina, stabilità economica, termica e chimica1. Diverse proprietà come la struttura cristallina, la dimensione delle particelle, la morfologia superficiale, il metodo di preparazione, la distribuzione dei cationi, ecc., possono rinforzarsi per ottenere le applicazioni sopra menzionate1. Generalmente, le ferriti esagonali sono state classificate in sei tipi, vale a dire M (SrFe12O19), W (BaZn2Fe16O27), X (Ba2Mg2Fe28O46), Y (Ba2Co2Fe12O22) e Z (Ba3Mn2Fe24O41)2. Le esaferriti di tipo M rientrano nella categoria della ferrite dura. La formula chimica generale dell'esaferrite di tipo M può essere scritta come MFe12O19 (M = elementi bivalenti come Ba, Sr, Pb, Zn, Mg, Ni ecc.) che è come la struttura magnetopiombite2.

A causa delle importanti proprietà elettriche, magnetiche, ottiche ed elettromagnetiche, le esaferriti di tipo M hanno trovato applicazioni in assorbitori di microonde, filtri, diagnostica, ferrofluidi, nuclei di trasformatori, memorie magnetiche, registrazione magnetica e dispositivi ad alta frequenza3. Poche di queste applicazioni sono state ottenute dai composti esaferritici di tipo M come BaFe12O19, SrFe12O19 e PbFe12O194,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18, 19,20,21,22,23. Inoltre, diversi scienziati si sono concentrati in particolare sulla sintesi e sulla caratterizzazione dei lantanidi (La, Sm, Gd, Nd, Pr ecc.) drogati con SrFe12O19 (SFO) al fine di aumentare la durezza dell'SFO3. Di conseguenza, poche proprietà sono state migliorate in modo significativo. Tuttavia, i rapporti sulle nanoparticelle SrFe12O19 drogate con La relative alle proprietà elettriche, ottiche e magnetiche non erano disponibili in letteratura in dettaglio. Pertanto, gli autori si sono concentrati sulla sintesi di nanoparticelle SrLaFe12O19 per caratterizzazioni elettriche, ottiche, magnetiche e di impedenza utilizzando la tecnica idrotermale.

La tecnica di sintesi idrotermale è considerata una delle tecniche più semplici ed economiche per sintetizzare nanoparticelle. Le nanoparticelle Sr1−xLaxFe12O19 (x = 0,2–0,8) (SLFO) sono state preparate utilizzando la tecnica idrotermale. Per sintetizzare le nanoparticelle SLFO, i materiali precursori SrN2O6, LaN3O9 e FeN3O9 (ciascuno del 99,88% da Sigma-Aldrich) come menzionato nel diagramma di flusso (Fig. 1) sono stati scelti secondo il rapporto stechiometrico. Per x = 0,2–0,8 campioni è stata considerata una massa diversa di materiali nitrati. Inoltre, i precursori sono stati portati in un bicchiere di vetro contenente 50 ml di acqua deionizzata. Per miscelare i precursori il bicchiere di vetro veniva mantenuto sull'agitatore magnetico. La soluzione è stata agitata per circa 3 ore. Al momento dell'agitazione, la soluzione di NaOH è stata aggiunta goccia a goccia per acquisire un valore di pH stabile (11). Successivamente, la soluzione acquosa ottenuta è stata conservata in un recipiente di Teflon da 300 mL racchiuso in un reattore autoclave in acciaio inossidabile. Successivamente, l'intero reattore dell'autoclave è stato spostato in un forno caldo per eseguire la reazione idrotermale per 8 ore. Durante tutta la reazione, la temperatura del forno è stata mantenuta a 150°C. Dopo il completamento della reazione, il forno è stato raffreddato naturalmente a temperatura ambiente. Quindi, la soluzione ottenuta è stata pulita più volte utilizzando acqua distillata e acetone per ridurre il valore del pH del campione ottenuto. Questo processo è stato continuato finché il pH non ha raggiunto 7. Nella fase successiva, il campione miscelato con un contenuto limitato di acqua è stato essiccato sull'agitatore magnetico con piastra calda mantenendo la temperatura di 60 °C per due ore per rimuovere l'umidità presente nel campione. Lo scopo del riscaldamento è semplicemente quello di rimuovere l'acqua rimasta. Se non riscaldata a bassa temperatura, l'umidità influenzerà sicuramente varie proprietà elettriche, ottiche e magnetiche. Inoltre, il campione ottenuto è stato macinato per ottenere una polvere fine. Infine, le nanoparticelle in polvere sono state sottoposte a diversa caratterizzazione come diffrazione di raggi X (XRD) (Bruker, λCuKα = 0.15406 nm), TEM (Tecnai G20, FEI, USA), FESEM (Ultra 55, Carl Zeiss), FTIR (Shimadzu), spettrometro UV-visibile (JASCO, V-670 PC), controller LCR (HIOKI 3532–50) e VSM (EV-7 H = ± 15.000 Oe.) per rivelare fase, morfologia, funzionalità -gruppi, gap di banda, comportamento di isteresi e proprietà elettriche, rispettivamente. La Fig. 1 illustra la rappresentazione schematica della procedura di sintesi delle nanoparticelle preparate.