Применение метода термолиза распыленных суспензий для получения высококристалличных наночастиц ферритов-шпинелей

  • Елена Геннадьевна Петрова Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Яна Андреевна Шавшукова Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Дмитрий Анатольевич Котиков Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Казимир Иосифович Янушкевич Научно-практический центр по материаловедению Национальной академии наук Беларуси, ул. Петруся Бровки, 19, 220072, г. Минск, Беларусь
  • Константин Владимирович Лазнев Институт химии новых материалов Национальной академии наук Беларуси, ул. Ф. Скорины, 36, 220141, г. Минск, Беларусь
  • Владимир Васильевич Паньков Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Термическая обработка магнитных наночастиц ферритов в матрице NaCl позволяет повысить их удельную намагниченность с сохранением наноразмерности. Методом распылительной сушки водных суспензий гидроксидов в присутствии NaCl получали композиционные материалы на основе смешанных ферритов Co0,65Zn0,35Fe2O4 и Mg 0,5Zn0,5Fe2O4, которые затем подвергали обжигу в диапазоне 300 –900 °С. Микроструктуру и фазовый состав наночастиц до и после обжига исследовали методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, рентгенофазового анализа, ИК-спектроскопии. Магнитные свойства наночастиц оценивали с использованием пондеромоторного метода измерения удельной намагниченности при комнатной температуре в магнитном поле с индукцией 0,86 Тл. Установлено, что рост температуры обжига вплоть до 900 °С приводит к увеличению удельной намагниченности ферритов – с 32,79 до 91,3 А ∙ м2 ∙ кг–1 (Co0,65Zn0,35Fe2O4) и с 2,76 до 22,31 А ∙ м2 ∙ кг–1 (Mg 0,5 Zn0,5Fe2O4) – за счет процессов рекристаллизации и увеличения степени кристалличности структуры. При этом благодаря изолирующей прослойке NaCl размеры частиц увеличиваются незначительно (от ~10 нм без обжига до ~ 60 нм после обжига при 900 °С).

Биографии авторов

Елена Геннадьевна Петрова, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

ассистент кафедры физической химии химического факультета

Яна Андреевна Шавшукова, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

студентка химического факультета. Научный руководитель – В. В. Паньков

Дмитрий Анатольевич Котиков, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук; доцент кафедры физической химии химического факультета

Казимир Иосифович Янушкевич, Научно-практический центр по материаловедению Национальной академии наук Беларуси, ул. Петруся Бровки, 19, 220072, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук; ведущий научный сотрудник лаборатории физики магнитных материалов

Константин Владимирович Лазнев, Институт химии новых материалов Национальной академии наук Беларуси, ул. Ф. Скорины, 36, 220141, г. Минск, Беларусь

аспирант лаборатории органических композиционных материалов. Научный руководитель – академик В. Е. Агабеков

Владимир Васильевич Паньков, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор химических наук, профессор; заведующий кафедрой физической химии химического факультета

Литература

  1. Pershina AG, Sazonov AE, Milto IV. [Application of magnetic nanoparticles in biomedicine]. Byulleten’ sibirskoi meditsiny. 2008;2:70–78. Russian.
  2. Tatarchuk T, Boudina M, Vijaya JJ, Kennedy LJ. Spinel Ferrite Nanoparticles: Synthesis, Crystal Structure, Properties, and Perspective Applications. In: Fesenko O, Yatsenko L, editors. Nanophysics, Nanomaterials, Interface Studies, and Applications. Selected Proceedings of the 4th International Conference Nanotechnology and Nanomaterials (NANO2016); August 24–27, 2016; Lviv, Ukraine. Cham: Springer; 2017. p. 305–325. DOI: 10.1007/978-3-319-56422-7_22.
  3. Hofmann-Amtenbrink M, Rechenberg von B, Hofmann H. Superparamagnetic nanoparticles for biomedical applications. In: Nanostructured materials for biomedical applications. Kerala, India: Transworld Research Network; 2009. p. 119 –149.
  4. Kolhatkar AG, Jamison AC, Litvinov D, Willson RC, Lee TR. Tuning the magnetic properties of nanoparticles. International Journal of Molecular Sciences. 2013;14(8):15977–16009. DOI: 10.3390/ijms140815977.
  5. Roca AG, Costo R, Rebolledo AF, Veintemillas-Verdaguer S, Tartaj P, González-Carreño T, et al. Progress in the preparation of magnetic nanoparticles for applications in biomedicine. Journal of Physics D: Applied Physics. 2009;42(22):224002–224012. DOI: 10.1088/0022-3727/42/22/224002.
  6. Baranov DА, Gubin SP. [Magnetic nanoparticles: achievements and problems of chemical synthesis]. Radioelektronika. Nanosistemy. Informatsionnye tekhnologii. 2009;1(1–2):129–147. Russian.
  7. Martínez B, Obradors X, Balcells LI, Rouanet A, Monty C. Low temperature surface spin-glass transition in γ-Fe2O3 nanoparticles. Physical Review Letters. 1998;80(1):181–184. DOI: 10.1103/PhysRevLett.80.181.
  8. Islam R, Obaidur Rahman Md, Abul Hakim M, Dilip Kumar Saha, Saiduzzaman, Saroaut Noor, Al-Mamun Md. Effect of sintering temperature on structural and magnetic properties of Ni0.55Zn0.45Fe2O4 ferrites. Materials Sciences and Applications. 2012;3(5): 326–331. DOI: 10.4236/msa.2012.35048.
  9. Suzdalev IP, Maksimov YuV, Imshennik VK. Magnetic phase transitions in nanostructures with different cluster orderings. Nanotechnologies in Russia. 2009;4(7–8):467–474. DOI: 10.1134/S1995078009070076.
  10. Pankov V. Modified aerosol synthesis for nanoscale hexaferrite particles preparation. Materials Science and Engineering: A. 1997;224(1–2):101–106. DOI: 10.1016/S0921-5093(96)10565-7.
  11. Schrijnemakers A, Andre S, Lumay G, Vandewalle N, Boschini F, Cloots R, Vertruyen B. Mullite coatings on ceramic substrates: Stabilisation of Al2O3 – SiO2 suspensions for spray drying of composite granules suitable for reactive plasma spraying. Journal of the European Ceramic Society. 2009;29(11):2169–2175. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2009.01.031.
  12. Nandiyanto ABD, Iskandar F, Okuyama K. Macroporous anatase titania particle: Aerosol self-assembly fabrication with photocatalytic performance. Chemical Engineering Journal. 2009;152(1):293–296. DOI: 10.1016/j.cej.2009.04.065.
  13. Deo SR, Singh AK, Deshmukh L, Paliwal LJ, Singh RS, Adhikari R. Structural, morphological and optical studies on chemically deposited nanocrystalline CdZnSe thin films. Journal of Saudi Chemical Society. 2014;18(4):327–339. DOI: 10.1016/j.jscs. 2014.01.005.
  14. Yanushkevich КI. Metodika vypolneniya izmerenii namagnichennosti i magnitnoi vospriimchivosti. Sistema obespecheniya edinstva izmerenii Respubliki Belarus’. MVI. MI 3128-2009. Minsk: NII TZI; 2009. 19 p. Russian. Co-published by the BelSIM.
  15. Eltabey MM, Aboulfotoh AN. Effect of annealing temperature on structural and magnetic properties of Co-Zn ferrite nanoparticles. International Journal of Advanced Research. 2014;2(6):184–192.
  16. Sato Turtelli R, Atif M, Mehmood N, Kubel F, Biernacka K, Linert W, et al. Interplay between the cation distribution and production methods in cobalt ferrite. Materials Chemistry and Physics. 2012;132(2–3):832–838. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2011.12.020.
  17. Gopalan EV, Joy PA, Al-Omari IA, Sakthi Kumar D, Yasuhiko Yoshida, Anantharaman MR. On the structural, magnetic and electrical properties of sol-gel derived nanosized cobalt ferrite. Journal of Alloys and Compounds. 2009;485(1–2):711–717. DOI: 10.1016/j.jallcom.2009.06.033.
  18. Cannas C, Falqui A, Musinu A, Peddis D, Piccaluga G. CoFe2O4 nanocrystalline powders prepared by citrate-gel methods: Synthesis, structure and magnetic properties. Journal of Nanoparticle Research. 2006;8(2):255–267. DOI: 10.1007/s11051-005-9028-7.
Опубликован
2019-02-15
Ключевые слова: магнитные наночастицы, ферриты-шпинели, кристалличность, сушка распылением, термообработка
Поддерживающие организации Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант № Х17МС-016).
Как цитировать
Петрова, Е. Г., Шавшукова, Я. А., Котиков, Д. А., Янушкевич, К. И., Лазнев, К. В., & Паньков, В. В. (2019). Применение метода термолиза распыленных суспензий для получения высококристалличных наночастиц ферритов-шпинелей. Журнал Белорусского государственного университета. Химия, 1, 14-21. https://doi.org/10.33581/2520-257X-2019-1-14-21