Блог

Jun 04, 2023

Конструкция и характеристика нано

Научные отчеты, том 13,

Том 13 научных докладов, номер статьи: 9048 (2023) Цитировать эту статью

650 доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Талантливый двухфазный феррит/сегнетоэлектрик BaTi0.7Fe0.3O3@NiFe2O4 (BFT@NFO) овальной наноморфологии был химически синтезирован с использованием контролируемых золь-гель процессов и прокален при 600 °C. Систематически исследовались эффекты экранирования с использованием наночастиц NiFe2O4 (NFO) на микроструктуру, фазовый переход, тепловую и относительную диэлектрическую проницаемость наноперовскита BaTi0.7Fe0.3O3 (BTF). Рентгенограммы и программное обеспечение Full-Prof показали образование гексагональной фазы BaTi2Fe4O11. Изображения ПЭМ и СЭМ продемонстрировали, что покрытие BaTi0,7Fe0,3O3 успешно контролируется с помощью изысканных наноовальных форм NiFe2O4. Экранирование NFO может значительно повысить термическую стабильность и относительную диэлектрическую проницаемость перомагнитных нанокомпозитов BFT@NFO, а также снизить температуру Кюри. Для проверки термической стабильности и оценки эффективных оптических параметров использовали термогравиметрический и оптический анализ. Магнитные исследования показали уменьшение намагниченности насыщения НЧ NiFe2O4 по сравнению с их объемной системой, что связано с поверхностным спиновым беспорядком. Здесь были созданы характеристики и чувствительный электрохимический датчик для оценки обнаружения пероксидного окисления с использованием химически отрегулированных наноовалов нанокомпозитов титанат бария-железо-никель-феррит. Наконец, BFT@NFO продемонстрировал превосходные электрохимические свойства, которые можно приписать этому соединению, обладающему двумя электрохимически активными компонентами и/или наноовальной структурой частиц, что может дополнительно улучшить электрохимию за счет возможных степеней окисления и синергетического эффекта. Результат свидетельствует о том, что когда BTF экранируется наночастицами NFO, тепловые, диэлектрические и электрохимические свойства наноовальных нанокомпозитов BaTi0.7Fe0.3O3@NiFe2O4 могут развиваться синхронно. Таким образом, большое значение имеет создание сверхчувствительных электрохимических наносистем для определения пероксида водорода.

В последние годы перовскитные материалы хорошо изучены. Наиболее известные сегнетоэлектрики ABO3 привлекли значительное внимание в качестве катализаторов благодаря своей геометрической и электронной стабильности, более высокой стойкости к растворению в водных и неводных растворах, а также экономической эффективности. Редко существуют кристаллические мультиферроики, в которых ферромагнетизм и сегнетоэлектричество сосуществуют при комнатной температуре1. Из-за их потенциального применения в развивающейся области хранения информации, спинтроники и запоминающих устройств с несколькими состояниями, такие соединения в настоящее время находятся на стадии интенсивного изучения2,3. Были предприняты огромные попытки улучшить ферромагнетизм и сегнетоэлектричество при комнатной температуре в перовскитной керамике. В настоящее время разрабатываются различные подходы к изучению возможности синтеза материалов с превосходной эффективностью мультиферроиков. Другой возможный метод магнитного легирования – ионы ТМ (переходных металлов) (Fe3+, Co2+, Ni2+, Mn2+ и т.д.) через сегнетоэлектрики4,5.

Основной класс сегнетоэлектрических материалов, демонстрирующих пьезоэлектрический эффект и высокую диэлектрическую проницаемость для технологических приложений, таких как преобразователи, поверхностные акустические волны (ПАВ) и сегнетоэлектрические устройства оперативной памяти (FeRAM)6. В составе перовскита АВО3 присутствуют оба катиона (А и В), причем атомов А больше, чем атомов В. Ионные радиусы Fe3+ (0,645 Å) больше, чем Ti4+ (0,605 Å), тогда как Ba2+ имеет больший ионный радиус (1,35 Å). BTO имеет общую конфигурацию ABO3, в которой ионы Ba2+ и O2- создают плотноупакованную кубическую решетку, а ионы Ti4+ занимают кислородные (O2-) октаэдрические дырки. Структура BaTiO3 имеет трехмерный массив углов TiO6, разделяющих октаэдр с ионами Ba2+ в 12-кратных полостях между многогранниками. Расположение атомов известно как плотноупакованный массив ионов A2+ и O2− вместе7. Помимо структуры и размера, свойства БТО зависят от его химического состава. Легируя эквивалентными элементами, перовскитный материал демонстрирует интересные электрические характеристики для BaTiO3, основанные на химическом состоянии компонентов и химии поверхности образцов. Однако основным явлением этих наноматериалов является частичное замещение катионов в позициях A и B ABO3, а также их способность сохранять стабильность кристаллической структуры необычных смешанных состояний окисления8,9. Обсуждался интересный аспект присутствия ионов Ba, Ti, Fe и O в объемных материалах, касающийся как электронного дефицита, так и поверхностной токсичности. Несколько недавних исследований были посвящены фотоэлектронной спектроскопии для химического анализа (ESCA) прокаленного наноматериала BaTiO3, легированного ионами Fe3+9,10,11,12. ESCA или XPS — это метод поверхностной морфологии, который можно использовать для получения информации о химическом состоянии или валентном состоянии, а также электронной информации на уровне ядра для составного элемента9,10,11,12. Чистый BaTiO3 имеет более низкую ионную проводимость и действует как изолятор при комнатной температуре. Модель дефекта указывает на то, что замещение позиции Ti акцепторными примесями является причиной образования вакансий носителей заряда и кислорода, которые увеличивают как ионную, так и электронную проводимость. Доминирующий носитель заряда зависит от условий синтеза и количества непреднамеренных примесей акцептора и донора. В керамике BaTiO3 ионы Fe3+ обычно замещают Ti4+, при этом ионы Fe3+ считаются имеющими валентность 3+. Поэтому для сохранения зарядовой нейтральности структуры перовскита необходимо создание кислородной вакансии (BaTi1-xFexO3-δ, δ-кислородная вакансия). Абдель Аал и др. В 2014 г. успешно получен BaTi1-xFexO3 методом золь-гель, где трехвалентные ионы (Fe3+) заменяют четырехвалентные ионы Ti4+ и создают кислородную вакансию для поддержания зарядовой нейтральности соединения13.