Effect of pH on Structural Morphology and Magnetic Properties of Ordered Phase of Cobalt Doped Lithium Ferrite Nanoparticles Synthesized by Sol-gel Auto-combustion Method

Abstract

Наночастинки кобальт-заміщеного літієвого фериту були синтезовані при різних рН методом зольгель автоспалювання. Було досліджено вплив рН на структуру, морфологію, електричні та магнітні властивості наночастинок кобальт-заміщеного літієвого фериту. Наночастинки, синтезовані при різних рН, досліджувалися методами рентгенівської дифракції (XRD), скануючої електронної спектроскопії (SEM), енергодисперсійного рентгенівського аналізу (EDAX), мессбауерівської та імпедансної спектроскопії. Рентгенівські дифрактограми аналізувалися для визначення кристалічної фази наночастинок кобальт-заміщеного літієвого фериту, синтезованого при різних рН. Результати рентгенівської дифракції показали формування бездомішкового кобальт-заміщеного літієвого фериту, що має впорядковану фазу шпінельної структури. SEM зображення показали, що морфологія структури наночастинок сильно залежить від рН реакційного середовища в процесі синтезу. Енергодисперсійний рентгенівський аналіз підтвердив очікуваний хімічний склад синтезованого продукту. Мессбауерівські спектри систем, синтезованих при різних значеннях рН реакційного середовища, також суттєво відрізняються один від одного. Показано, що катіонний розподіл чинить значний вплив на значення ізомерного зсуву і величини надобмінних полів заліза, що знаходяться в тетра- і октаоточенні. Також досліджувалися електричні властивості наночастинок: провідність, дійсна та уявна частини діелектричної проникності, тангенс втрат, і виявилося, що вони відрізняються для наночастинок, синтезованих при різних рН, що може бути викликано відмінностями в розмірах та морфології поверхні наночастинок. Дослідження магнітних властивостей синтезованих порошків за допомогою вібраційного магнетометра (7407 VSM (Lake Shore Cryotronics)) показали сильну залежність магнітних параметрів від рівня рН реакційного середовища при отриманні досліджуваних феритів. Значення намагніченості насичення немонотонно залежить від вмісту іонів кобальту і має вище значення порівняно з частинками, отриманими іншими способами. Виявлена однозначна кореляція між рівнем рН реакційного середовища, розміром отриманих частинок і фізичними параметрами досліджуваних систем.

Cobalt doped lithium ferrite nanoparticles were synthesized at different pH by sol-gel method. The effect of pH on the physical properties of cobalt doped lithium ferrite nanoparticles has been investigated. The nanoparticles synthesized at different pH were characterized through X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray analysis (EDAX), Mossbauer spectroscopy and impedance spectroscopy. The XRD patterns were analyzed to determine the crystal phase of cobalt doped lithium ferrite nanoparticles synthesized at different pH. The results of XRD showed the formation of an unmixed cobalt-substituted lithium ferrite having an ordered phase of the spinel structure. SEM micrographs show that the structural morphology of the nanoparticles is highly sensitive to the pH during the synthesis process. The electrical properties of the nanoparticles were also investigated: conductivity, real and imaginary parts of the dielectric constant, loss tangent. These characteristics have been found to differ for nanoparticles synthesized at different pH values which may be caused by differences in the size and morphology of the nanoparticle surface.