Структурні, теплові та магнітні властивості нанокомпозитних тонких плівок ПММА ZnFe2O4
Повний текст
Структурні, теплові та магнітні властивості
PMMA-ZnFe
2
О
4
Нанокомпозитні тонкі плівки
Тіна Джеймс
Томлаль Хосе Е
, Субін Р Джон
, Яків Метью
1, 2Кафедра хімії, коледж С.Б., Чанганачеррі, Керала-686101, Індія
3, 4Мосс Бауер, дослідницька група, фізичний факультет, коледж ім. С.Б., Чанганачеррі, Керала-686101, Індія
Анотація: Шпінель фериту цинку (ZnFe2О4) готували шляхом розпилювального піролізу з використанням полімерного попередника нітрату цинку, нітрату заліза та
полівініловий спирт (ПВА). Потім наночастинки ультразвуково диспергуються у розчині ПММА та ПММА-ZnFe2О4
нанокомпозитні плівки готували методом лиття розчинником. ZnFe2О4 наночастинки та ПММА-ZnFe2О4 нанокомпозит
плівки характеризувались за допомогою рентгенівської дифракції (XRD), інфрачервоної спектроскопії з перетворенням Фур'є (FT-IR), пропускання електрона мікроскопія (TEM), термогравіметричний аналіз (TGA) та вібромагнітометр (VSM). І XRD, і FT-IR мають підтвердив утворення нанокомпозиту, а зображення ТЕМ показало, що наночастинки добре дисперговані в Матриця PMMA. Нанокомпозитні плівки мають термостабільність до 3600C, як видно з аналізу TG. VSM вимірювання, проведені на композитній плівці, підтримували суперпарамагнітну природу PMMA-ZnFe2О4 нанокомпозитна плівка.
Ключові слова: ZnFe2О4, ПММА, ПММА-ZnFe2О4 нанокомпозит, електропровідний мікроскоп (ТЕМ), суперпарамагнетизм.
Я. ВСТУП
В даний час магнітним наночастинкам приділяється велика увага завдяки їх потенційному комерційному застосуванню у ферорідинах,
вдосконалені магнітні матеріали, каталізатори, [1-3] біомагнітна сепарація, магнітне біосенсор, магнітно-резонансна томографія (МРТ),
електронне обладнання тощо [4-6] Серед різних магнітних наноматеріалів ферити перехідних металів (MFe2O4) стали важливим
Група технологічних матеріалів завдяки таким властивостям, як високий електричний опір, висока хімічна стабільність, висока намагніченість насичення, низькі втрати на вихровий струм, низькі діелектричні втрати, простота приготування, ціна та експлуатаційні характеристики тощо. Ці властивості зробили їх придатними для багатьох застосувань у магнітні, механічні, електронні, каталітичні та мікрохвильові пристрої.
[7-13] Серед феритів шпінелі ZnFe2O4 є найбільш вивченою системою. Кристалічна об'ємна форма ZnFe2O4 є нормальною шпінеллю, в якій
Іони Zn2 + займають тетраедричні ділянки (сайт A), а іони Fe3 + займають октаедричні ділянки (сайт B) і є впорядкованим антиферромагнітом
нижче 10K. Однак нанокристалічний ZnFe2O4 має частково перевернуту структуру шпінелі, яку можна представити формулою
[ZnδFe1-δ] A [Zn1-δFe1 + δ] BO4, де δ - параметр інверсії, і вони ферримагнітно впорядковані при високій температурі та високій температурі
магнітний момент. [14] Властивості наночастинок фериту значною мірою залежать від їх якості, структури та способу отримання. Розмір частинок, кристалічність і морфологія порошків значною мірою впливають на властивості феритового матеріалу і можуть регулюватися різними умовами реакції. Встановлено, що наночастинки фериту подібного складу, отримані
різні методи мають різні магнітні властивості. [14] Також через їх анізотропну диполярну взаємодію, наночастинки фериту
мають тенденцію до агрегації, утворюючи неоднорідні скупчення, які в свою чергу негативно впливають на їх магнітні властивості. Таким чином, запобігання агломерації наночастинок є важливим фактором у визначенні якості наночастинок фериту. Для уникнення агломерації наночастинок використовувались декілька методів, таких як інкапсуляція наночастинок з поверхнево-активними речовинами, хімічна обробка, диспергування в полімерних матрицях тощо. [15] Наночастинки фериту, вбудовані в полімерну матрицю, пропонують ще кілька переваг. Ферритові полімерні композити покращують частотний діапазон операцій, потужність і температурну чутливість ферритових пристроїв. Властивості нанокомпозиту залежать від властивостей обох складових, тобто; властивості наночастинок фериту, а також полімеру. [9] Взаємодія на межі розділу полімер-ферит також впливає на властивості композиційних матеріалів. Отже, полімер-феритові нанокомпозити мають специфічні механічні властивості, хорошу формуваність, в'язкість тощо, що робить їх готовими до складних магнітних приладів. [16] У цій роботі ZnFe2O4
наночастинки отримують методом розпилювального піролізу. Нанокомпозитна суспензія PMMA-ZnFe2O4 готується розчинником
метод, при якому відповідні кількості наночастинок ZnFe2O4 диспергуються в розчині ПММА ультразвуком.
Потім отриманий розчин відливають у чисту скляну чашку Петрі для приготування тонкоплівкових нанокомпозитних плівок ПММА-ZnFe2O4.
II. МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ
A. Матеріали
Поліметилметакрилат (ПММА) використовували як полімерного господаря, ферит цинку (ZnFe2O4) як магнітний нанонаповнювач і
тетрагідрофуран (ТГФ) як розчинник. ПММА із середньою молекулярною масою 550000 г/моль був придбаний у компанії Alfa Aesar і використовується як отриманий. THF був придбаний у Merck. Наночастинки фериту цинку синтезували розпилювальним піролізом розчину попередника полімеру, який готували з використанням нітрату цинку (Merck), нітрату заліза (Merck) та полівінілового спирту (PVA, Merck) в якості вихідних матеріалів.
B. Отримання наночастинок фериту цинку
Наночастинки фериту цинку синтезували розпилювальним піролізом розчину попередника полімеру. Для приготування розчину попередника фериту цинку у водний розчин ПВА вносили відповідні кількості нітрату цинку та нітрату заліза, які перешкоджають агломерації там іонів металів, забезпечуючи рівномірний розподіл іонів металів у розчині. Розпилювальний піроліз отриманого в’язкого розчину нітратів металу PVA при 1300C з подальшим відпалом при 3500C протягом 20 хвилин утворює ферит цинку
C. Приготування нанокомпозитних тонких плівок PMMA-ZnFe2O4
Розчин нанокомпозиту PMMA-ZnFe2O4 готували методом розчинника. Розчиненням готували 2% розчин ПММА
відповідну кількість ПММА в ТГФ і перемішували магнітно протягом декількох годин при 450 ° С, щоб отримати однорідний розчин.
Потім полімерну нанокомпозитну суспензію готували дисперсією відповідних кількостей наночастинок ZnFe2O4 у
до розчину полімеру ультразвуком. Це призвело до однорідного розподілу наночастинок у полімерній матриці. Потім отриману суспензію наночастинок відливали в чисту скляну чашку Петрі і давали їй висохнути на повітрі протягом двох днів