Synthesis by coprecipitation and determination of magnetic, structural and morphological properties of ferrite nanoparticles

Abstract

Abstract Our study is mainly based on the study of the structural, morphological and magnetic properties of manganese-cobalt spinel ferrite nanoparticles Mn0,5Co0,5Fe2O4. These nanoparticles were synthesized by the coprecipitation method and characterized with three techniques. X-ray scattering (XRD) analysis has confirmed the cubic spinel crystal structure of ferrites, in fact it leads to identify the crystalline phases from the diffractogram peaks and to determine its lattice parameters. On the other hand, the average crystallite size of about 40 nm is computed by Scherrer formula. Scanning electron microscopy (SEM) indicates quasi-spherical nanoparticles, the grains have an average size in the order of 60 nm. This value is slightly higher than that found by XRD. Both qualitative and quantitative analysis by means of energy dispersive spectroscopy (EDS) is also carried out to check the chemical composition of the sample and the spatial distribution of the chemical elements which are iron, manganese, cobalt and oxygen. Spinel ferrite nanoparticles possess magnetic properties which are ascertained with using a vibrating sample magnetometer (VSM), the results obtained showed a soft ferromagnetic material. In fact, these nanoferrites have potential applications in several fields.

Résumé Notre étude repose principalement sur l'étude des propriétés structurales, morphologiques et magnétiques de nanoparticules de ferrite spinelle de manganèse-cobalt Mn0,5Co0,5Fe2O4. Ces nanoparticules ont été synthétisées par coprécipitation. Trois techniques sont utilisées. L'analyse par diffusion des rayons X (DRX) a confirmé la structure cristalline spinelle cubique des ferrites, permettant ainsi d'identifier les phases cristallines à partir des pics de diffractogramme et de déterminer leurs paramètres de maille. La taille moyenne des cristallites, d'environ 40 nm, est calculée par la formule de Scherrer. La microscopie électronique à balayage (MEB) indique des nanoparticules quasi-sphériques, dont les grains ont une taille moyenne de l'ordre de 60 nm. Cette valeur est légèrement supérieure à celle obtenue par DRX. Des analyses qualitatives et quantitatives par spectroscopie dispersive en énergie (EDS) sont également réalisées pour vérifier la composition chimique de l'échantillon et la distribution spatiale des éléments chimiques que sont le fer, le manganèse, le cobalt et l'oxygène. Les nanoparticules de ferrite spinelle possèdent des propriétés magnétiques déterminées à l'aide d'un magnétomètre à échantillon vibrant (VSM). Les résultats obtenus ont révélé un matériau ferromagnétique doux. Ces nanoferrites ont des applications potentielles dans de nombreux domaines. ملخص تعتمد دراستنا بشكل رئيسي على دراسة الخصائص البنيوية والمورفولوجية والمغناطيسية لجسيمات نانوية من فيريتسبينيل المنغنيز والكوبالت Mn0.5Co0.5Fe2O4. صُنعت هذه الجسيمات النانوية بطريقة الترسيب المشترك، ووُصفت بثلاث تقنيات. وقد أكد تحليل تشتت الأشعة السينية (XRD) البنية البلورية المكعبة للسبينيلللفيريت، مما يُمكّن من تحديد الأطوار البلورية من قمم مخطط الحيود، وتحديد معاملات شبكته. من ناحية أخرى، يُحسب متوسط حجم البلورة، البالغ حوالي 40 نانومتر، باستخدام صيغة شيرر. يُظهر المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) جسيمات نانوية شبه كروية، ويبلغ متوسط حجم حبيباتها حوالي 60 نانومتر. وهذه القيمة أعلى بقليل من تلك التي تم الحصول عليها باستخدام XRD. يُجرى أيضًا تحليل نوعي وكمي باستخدام مطيافية تشتت الطاقة (EDS) للتحقق من التركيب الكيميائي للعينة والتوزيع المكاني للعناصر الكيميائية، وهي الحديد والمنغنيز والكوبالت والأكسجين. تتميز جسيمات فيريتالسبينيل النانوية بخواص مغناطيسية، والتي يتم التحقق منها باستخدام مقياس مغناطيسية العينة المهتز (VSM)، وقد أظهرت النتائج وجود مادة مغناطيسية حديدية ناعمة. في الواقع، لهذه الفيريتات النانوية تطبيقات محتملة في مجالات متعددة.