Costruzione e caratterizzazione di nano

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9048 (2023) Citare questo articolo

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La talentuosa ferrite bifase/ferroelettrica BaTi0.7Fe0.3O3@NiFe2O4 (BFT@NFO) in nanomorfologia ovale è stata sintetizzata chimicamente utilizzando processi sol-gel controllati e calcinata a 600 °C. Gli effetti della schermatura utilizzando nanoparticelle NiFe2O4 (NFO) sulla microstruttura, transizione di fase, termica e permettività relativa della nano-perovskite BaTi0.7Fe0.3O3 (BTF) sono stati esplorati sistematicamente. I modelli di diffrazione dei raggi X e il software Full-Prof hanno mostrato la formazione della fase esagonale BaTi2Fe4O11. Le immagini TEM e SEM hanno dimostrato che il rivestimento di BaTi0.7Fe0.3O3 è stato controllato con successo con squisite forme nanoovali NiFe2O4. La schermatura NFO può promuovere in modo significativo la stabilità termica e la relativa permettività dei nanocompositi peromagnetici BFT@NFO e abbassare la temperatura di Curie. Sono state utilizzate analisi termogravimetriche e ottiche per testare la stabilità termica e stimare i parametri ottici effettivi. Gli studi magnetici hanno mostrato una diminuzione della magnetizzazione di saturazione delle NP NiFe2O4 rispetto al loro sistema sfuso, che è attribuita al disturbo dello spin superficiale. Qui, la caratterizzazione e il sensore elettrochimico sensibile sono stati costruiti per la valutazione del rilevamento dell'ossidazione del perossido utilizzando nanocompositi nano-ovali regolati chimicamente titanato di bario-ferro@nichel ferrite. Infine, il BFT@NFO ha mostrato eccellenti proprietà elettrochimiche che possono essere attribuite a questo composto che possiede due componenti elettrochimici attivi e/o la struttura nano-ovale delle particelle che può migliorare ulteriormente l'elettrochimica attraverso i possibili stati di ossidazione e l'effetto sinergico. Il risultato sostiene che quando il BTF è schermato con nanoparticelle NFO, le proprietà termiche, dielettriche ed elettrochimiche dei nanocompositi nano-ovali BaTi0.7Fe0.3O3@NiFe2O4 possono essere sviluppate in modo sincrono. Pertanto, la produzione di nanosistemi elettrochimici ultrasensibili per la determinazione del perossido di idrogeno è di grande importanza.

Negli ultimi anni, i materiali perovskiti sono stati ben studiati. I materiali ferroelettrici ABO3 più importanti hanno attirato notevole attenzione come catalizzatori grazie alla loro stabilità geometrica ed elettronica, alla maggiore resistenza alla dissoluzione in soluzioni acquose e non acquose e all'efficienza in termini di costi. Esistono rari composti multiferroici cristallini in cui ferromagnetismo e ferroelettricità coesistono a temperatura ambiente1. A causa della loro potenziale applicazione nel campo in via di sviluppo dell'archiviazione delle informazioni, della spintronica e dei dispositivi di archiviazione di memoria a stati multipli, tali composti sono attualmente oggetto di studi intensivi2,3. Sono stati fatti enormi tentativi per migliorare il ferromagnetismo e la ferroelettricità a temperatura ambiente nelle ceramiche di perovskite. Sono in corso vari approcci per esplorare la possibilità di sintetizzare materiali con efficienza multiferroica superiore. Un altro possibile metodo di drogaggio magnetico è quello degli ioni TM (metalli di transizione) (Fe3+, Co2+, Ni2+, Mn2+, ecc.) attraverso materiali ferroelettrici4,5.

Una delle principali classi di materiali ferroelettrici che mostrano un effetto piezoelettrico e un'elevata permettività dielettrica per applicazioni tecnologiche, come trasduttori, onde acustiche superficiali (SAW) e dispositivi di memorie ferroelettriche ad accesso casuale (FeRAM)6. Nella composizione della perovskite ABO3, entrambi i cationi (A e B), mentre gli atomi A sono maggiori degli atomi B. I raggi ionici di Fe3+ (0,645 Å) sono maggiori di Ti4+ (0,605 Å), mentre Ba2+ ha raggi ionici maggiori (1,35 Å). BTO ha una configurazione ABO3 generale in cui gli ioni Ba2+ e O2− creano un reticolo cubico compatto con ioni Ti4+ che occupano i fori ottaedrici generati dall'ossigeno (O2−). La struttura BaTiO3 ha una matrice tridimensionale di angoli di TiO6 che condividono un ottaedro con ioni Ba2+ nelle cavità 12 volte tra i poliedri. La disposizione degli atomi è nota come schiera compatta di ioni A2+ e O2−7. Oltre alla sua struttura e dimensione, le proprietà del BTO dipendono dalla sua composizione chimica. Drogato con elementi equivalenti, il materiale perovskite mostra caratteristiche elettriche interessanti per il BaTiO3 in base agli stati chimici dei componenti e alla chimica superficiale dei campioni. Tuttavia, il fenomeno principale di questi nanomateriali è la sostituzione parziale dei cationi nei siti A e B di ABO3 nonché la loro capacità di preservare la stabilità nella struttura cristallina di stati di ossidazione misti non comuni8,9. È stato discusso un aspetto interessante degli ioni Ba, Ti, Fe e O nei materiali sfusi riguardanti sia la carenza elettronica che la tossicità superficiale. Sono stati affrontati numerosi studi recenti basati sulla spettroscopia fotoelettronica per l'analisi chimica (ESCA) di nanomateriali BaTiO3 calcinati drogati con ioni Fe3+9,10,11,12. L'ESCA o XPS è una tecnica morfologica superficiale che può essere utilizzata per ottenere informazioni sullo stato chimico o stato di valenza e informazioni elettroniche a livello centrale per l'elemento costituente9,10,11,12. Il BaTiO3 puro ha una conduttività ionica inferiore e agisce come isolante a temperatura ambiente. Il modello di difetto indica che la sostituzione del sito Ti con le impurità accettrici è la ragione della formazione di portatori di carica e posti vacanti di ossigeno che aumentano sia la conduttività ionica che quella elettronica. Il portatore di carica dominante dipende dalle condizioni di sintesi e dalla quantità di impurità involontarie dell'accettore e del donatore. Nelle ceramiche BaTiO3, gli ioni Fe3+ solitamente sostituiscono Ti4+, dove gli ioni Fe3+ sono considerati avere una valenza 3+. Pertanto dovrebbe essere creato un posto vacante di ossigeno per preservare la neutralità della carica della struttura della perovskite (BaTi1-xFexO3-δ, posto vacante di δ-ossigeno). Abdel Aal et al. Nel 2014 è stato preparato con successo BaTi1-xFexO3 mediante sol-gel, dove gli ioni trivalenti (Fe3+) sostituiscono gli ioni tetravalenti Ti4+ e creano posti vacanti di ossigeno per mantenere la neutralità della carica del composto13.