CẤU TRÚC, HÌNH THÁI VÀ TÍNH CHẤT TỪ TRONG NANO TỔ HỢP Fe/Fe3O4

Đỗ Hùng Mạnh; Lê Thị Hồng Phong; Tạ Ngọc Bách; Nguyễn Văn Đăng; Nguyễn Văn Khiển; Skorvanek Ivan

doi:10.34238/tnu-jst.6436

CẤU TRÚC, HÌNH THÁI VÀ TÍNH CHẤT TỪ TRONG NANO TỔ HỢP Fe/Fe3O4

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 06/09/22 Ngày hoàn thiện: 07/10/22 Ngày đăng: 10/10/22

Các tác giả

1. Đỗ Hùng Mạnh , Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
2. Lê Thị Hồng Phong, Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
3. Tạ Ngọc Bách, Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
4. Nguyễn Văn Đăng, Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên
5. Nguyễn Văn Khiển, Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên
6. Skorvanek Ivan, Viện Hàn lâm Khoa học Slovakia, Kosice, Slovakia

Tóm tắt

Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ lên cấu trúc, hình thái và tính chất từ của các mẫu bột tổ hợp nano Fe/Fe₃O₄đã được khảo sát. Các mẫu bột nano được chế tạo bằng cách kết hợp giữa nghiền bi năng lượng cao và ủ nhiệt tại các nhiệt độ 623, 723 và 823 K. Cấu trúc, hình thái các mẫu được đặc trưng bởi nhiễu xạ tia X, hiển vi điện tử quét. Các phép đo này chỉ ra sự tiến triển của các pha tinh thể của các mẫu khi nhiệt độ tăng. Đồng thời hình thái của các mẫu thay đổi bất thường tại các nhiệt độ ủ khác nhau: dạng hạt (623 K), dạng lá (723 K) và dạng thanh (823 K). Các phép đo từ nhiệt độ phòng cho thấy từ độ bão hòa giảm khi nhiệt độ ủ tăng, trong khi đó lực kháng từ tăng. Bên cạnh đó, sự có mặt của chuyển pha Verwey gần 120 K chứng tỏ phẩm chất tinh thể tốt của pha Fe₃O₄. Nghiên cứu của chúng tôi chứng minh khả năng điều khiển hình thái và từ tính trong hệ Fe/ôxit Fe thông qua sự ôxy hóa có điều khiển tại các nhiệt độ khác nhau.

Từ khóa

Fe/Fe3O4; Cấu trúc dạng lá; Nhiễu xạ tia X; Các tính chất từ; Chuyển pha Vervey

Toàn văn:

PDF

Tài liệu tham khảo

[1] A. V. B. Reddy, Z. Yusop, J. Jaafar, Y. V. M. Reddy, A. B. Aris, Z. A. Maji, J. Talib, and G. Madhavi, “Recent Progress on Fe-based nanoparticles: Synthesis, Properties, Characterization and Environmental Applications,” J. Environ. Chem. Eng., vol. 4, pp. 3537-3553, 2016, doi: 10.1016/j.jece.2016.07.035.

[2] M. V. Hernandez, I. M. Bobadilla, R. G. G. Gonzalez, E. R. Garcia, R. V. O. Velazquez, L. A. Juarez, and I. T. Pacheco, “Nanoparticles as Potential Antivirals in Agriculture,” Agriculture, vol. 10, 2020, Art. no. 444, doi: 10.3390/agriculture10100444.

[3] N. V. Long, Y. Yang, T. Teranishi, C. M. Thi, Y. Cao, and M. Nogami, “Biomedical Applications of Advanced Multifunctional Magnetic Nanoparticles,” J. Nanosci. Nanotech., vol. 15, pp. 10091-10107, 2015, doi: 10.1166/jnn.2015.11691.

[4] L. Wang, J. Li, Z. Wang, L. Zhao, and Q. Jiang, “Low-temperature hydrothermal synthesis of α-Fe/Fe₃O₄ nanocomposite for fast Congo red removal,” Dalton Trans., vol. 42, pp. 2572-2579, 2013, doi: 10.1039/C2DT32245E.

[5] A. Boutemedjet, S. Djerad, L. Tifouti, and K. Bachari, “Effect of Fe content on the effectiveness of Fe/Fe₃O₄ catalyst in Fenton process,” J. Water Process. Eng., vol. 41, 2021, Art. no. 102079, doi: 10.1016/j.jwpe.2021.102079.

[6] D. K. Tung, D. H. Manh, L. T. H. Phong, P. H. Nam, D. N. H. Nam, N. T. N. Anh, H. T. T. Nong, M. H. Phan, and N. X. Phuc, “Iron nanoparticles fabricated by high energy ball milling for magnetic hyperthermia,” J. Electron. Mater., vol. 45, pp. 2644-2650, 2016, doi: 10.1007/s11664-016-4457-x.

[7] H. M. Do, T. H. Le, X. P. Nguyen, H. N. Pham, T. H. Ngo, T. H. Nguyen, T. P. Pham, M. H. Phan, J. Kovac, and I. Skorvanek, “Oxidation-controlled magnetism and Verwey transition in Fe/Fe₃O₄lamellae,” J. Sci.: Adv. Mater. Dev., vol. 5, pp. 263-269, 2020, doi: 10.1016/j.jsamd.2020.04.001.

[8] S. Wang, M. Zhang, Q. Liu, P. Zhang, K. Zhang, and X. Kong, “Synthesis of chain-like ɑ-Fe/Fe₃O₄ core/shell composites exhibiting enhanced microwave absorption performance in high-frequency under an ultrathin matching thickness,” J. Mater. Sci. Mater. Electron., vol. 29, pp. 21040-21050, 2018, doi: 10.1007/s10854-018-0250-3.

[9] S. Yamamuro and T. Tanaka, “Exchange-coupled Fe/Fe₃O₄ magnetic nanocomposite powder prepared by eutectoid decomposition of FeO,” J. Ceram. Soc. Japan, vol. 126, pp. 152-155, 2019, doi: 10.2109/jcersj2.17237.

[10] P. Brahma, S. Banerjee, D. Das, P. K. Mukhopadhyay, S. Chatterjee, A. K. Nigam, and D. Chakravorty, “Properties of nanocomposites of α-Fe and Fe₃O₄,” J. Magn. Magn. Matter., vol. 246, pp. 162-168, 2002, doi: 10.1016/S0304-8853(02)00044-6.

[11] Q. K. Ong, X. M. Lin, and A. Wei, “The role of frozen spins in the exchange anisotropy of core/shell Fe@Fe₃O₄ nanoparticles,” J. Phys. Chem. C, vol. 115, pp. 2665-2672, 2011, doi: 10.1021/jp110716g.

[12] F. Walz, “The Verwey transition - a topical review,” J. Phys.: Condens. Mater., vol. 14, pp. R285-R340, 2002, doi: 10.1088/0953-8984/14/12/203.

[13] G. F. Goya, “Static and dynamic magnetic properties of spherical magnetite nanoparticles,” J. Appl. Phys., vol. 94, pp. 3520-3528, 2003, doi: 10.1063/ 1.1599959.

[14] A. Mitra, J. Mohapatra, S. S. Meena, C. V. Tomy, and M. Aslam, “Verwey transition in ultrasmall-sized octahedral Fe₃O₄ nanoparticles,” J. Phys. Chem. C, vol. 118, pp. 19356-19362, 2014, doi: 10.1021/jp501652e.

[15] E. Bonetti, L. Del Bianco, and S. Signoretti, “Synthesis by ball milling and characterization of nanocrystalline Fe₃O₄ and Fe/Fe₃O₄ composite system,” J. Appl. Phys., vol. 89, 2001, Art. no. 1806, doi: 10.1063/1.1339855.

[16] F. C. C. Moura, M. H. Araujo, R. C. C. Costa, J. D. Fabris, J. D. Ardisson, W. A. A. Macedo, and R. M. Lago, “Efficient use of Fe metal as an electron transfer agent in a heterogeneous Fenton system based on Fe/Fe₃O₄ composites,” Chemosphere, vol. 60, 2005, Art. no. 1118, doi: 10.1016/ j.chemosphere.2004.12.076.

[17] L. J. Zhao, H. Yang, S. Li, L. Yu, Y. Cui, X. Zhao, and S. Feng, “The effect of aging time and calcination temperature on the magnetic properties of α-Fe/Fe₃O₄ composite,” J. Magn. Magn. Mater., vol. 301, pp. 287-291, 2006, doi: 10.1016/j.jmmm.2005.07.029.

[18] T. Park, S. Sambasivan, D. Fischer, W. Yoon, J. Misewich, and S. Wong, “Electronic Structure and Chemistry of Iron-Based Metal Oxide Nanostructured Materials: A NEXAFS Investigation of BiFeO₃, Bi₂Fe₄O₉, α-Fe₂O₃, γ-Fe₂O₃, and Fe/Fe₃O₄,” J. Phys. Chem. C, vol. 112, pp. 10359–10369, 2008, doi: 10.1021/jp801449p.

[19] K. Tokumitsu and T. Nasu, “Preparation of lamellar structured α-Fe/Fe₃O₄ complex particle by thermal decomposition of wustite,” Scr. Mater., vol. 44, pp. 1421-1424, 2001, doi: 10.1016/S1359-6462(01)00851-X.

[20] N. N. Song, H. T. Yang, X. Ren, Z. A. Li, Y. Luo, J. Shen, W. Dai, X. Q. Zhang, and Z. H. Cheng, “Non-monotonic size change of monodisperse Fe₃O₄ nanoparticles in the scale-up synthesis,” Nanoscale, vol. 5, pp. 2804-2810, 2013, doi: 10.1039/C3NR33950E.

[21] M. H. Phan, J. Alonso, H. Khurshid, P. L. Kelley, S. Chandra, K. S. Repa, Z. Nemati, R. Das, O. Iglesias, and H. Srikanth, “Exchange bias effects in iron oxide-based nanoparticle systems,” Nanomaterials, vol. 6, 2018, Art. no. 221, doi: 10.3390/nano6110221.

[22] S. H. Moon, S. Noh, J. H. Lee, T. H. Shin, Y. Lim, and J. Cheon, “Ultrathin Interface Regime of Core-Shell Magnetic Nanoparticles for Effective Magnetism Tailoring,” Nano letters, vol. 17, pp. 800-804, 2017, doi: 10.1021/acs.nanolett.6b04016.

[23] J. M. D. Coey, Magnetism and Magnetic Materials. Cambridge University Press, New York, 2009.

[24] X. Sun, N. F. Huls, A. Sigdel, and S. Sun, “Tuning exchange bias in core/shell FeO/Fe₃O₄ nanoparticles,” Nano Lett., vol. 12, pp. 246-251, 2012, doi: 10.1021/nl2034514.

[25] G. F. Goya, “Static and dynamic magnetic properties of spherical magnetite nanoparticles,” J. Appl. Phys., vol. 94, pp. 3520-3528, 2003, doi: 10.1063/ 1.1599959.

[26] A. Mitra, J. Mohapatra, S. S. Meena, C. V. Tomy, and M. Aslam, “Verwey transition in ultrasmall-sized octahedral Fe₃O₄ nanoparticles,” J. Phys. Chem. C, vol. 118, pp. 19356-19362, 2014, doi: 10.1021/jp501652e.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.6436

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ