Formation during glycine-nitrate combustion and magnetic properties of YFe1–xNixO3 nanoparticles

Евгения Игоревна Лисунова; Николай Сергеевич Перов; Валентина Олеговна Миттова; Борис Владимирович Сладкопевцев; Вонг Буи Хуан; Тьен Нгуен Ань; Юлия Александровна Алехина; Виктор Федорович Кострюков; Ирина Яковлевна Миттова

doi:10.17308/kcmf.2023.25/10975

Евгения Игоревна Лисунова Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-8657-2135
Николай Сергеевич Перов Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, ГСП-1, Ленинские горы, 1, стр. 2, Москва 119991, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-0757-4942
Валентина Олеговна Миттова Учебный университет Геомеди 4 ул. Царя Соломона II.0114, Тбилиси, Грузия https://orcid.org/0000-0002-9844-8684
Борис Владимирович Сладкопевцев Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-0372-1941
Вонг Буи Хуан Университет Сайгона, факультет естественных наук, Хошимин 700000, Вьетнам https://orcid.org/0000-0002-3757-1099
Тьен Нгуен Ань Педагогический университет Хошимина, химический факультет, Хошимин 700000, Вьетнам https://orcid.org/0000-0002-4396-0349
Юлия Александровна Алехина Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, ГСП-1, Ленинские горы, 1, стр. 2, Москва 119991, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-1776-5782
Виктор Федорович Кострюков Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-5753-5653
Ирина Яковлевна Миттова Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-6919-1683

DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/10975

Ключевые слова: нанокристаллы, ортоферрит иттрия, никель, допирование, глицин-нитратное горение

Аннотация

Целью работы был синтез нанокристаллов YFeO₃ и YFe_1–xNixO₃ ( x = 0.1; 0.15; 0.2; 0.3; 0.5) в условиях самораспространяющейся волны глицин-нитратного горения, их характеризация и установление влияния допирования Ni²⁺ феррита иттрия на магнитные свойства нанопорошков.
Описана технология синтеза наночастиц ортоферрита иттрия (c допированием ионами Ni²⁺ и без него) методом глицин-нитратного горения при соотношении G/N = 1 и 1.5 без добавления в реакционную смесь гелеобразователя и с применением этиленгликоля/глицерина. Для характеризации нанопорошков на основе YFeO₃ определены: фазовый состав и кристаллическая структура, размер и структура частиц нанокристаллов, элементный состав образцов, магнитные характеристики.
Термический отжиг синтезированных образцов в режиме 800 °С, 60 мин приводит к формированию основной фазы о-YFeO₃. Недопированные образцы ортоферрита иттрия характеризуются диаметром частиц в интервале 5–185 нм в зависимости от используемого гелеобразователя. Для YFe_1–xNixO₃ характерны частицы преимущественно округлой формой с размером от 24 до 31 нм, имеет место немонотонный характер зависимости среднего диаметра частиц
от содержания допанта: по мере увеличения количества вводимого допанта средний размер кристаллитов имеет тенденцию к уменьшению. Нанопорошки недопированного ортоферрита иттрия проявляют антиферромагнитное поведение магнитной восприимчивости при изменении температуры. Изменение магнитных свойств нанокристаллических порошков YFeO₃, допированных никелем, обусловлено встраиванием Ni²⁺ в положение Fe³⁺, что приводит к формированию материала с более выраженными магнитномягкими свойствами при степени замещения 0.1. Для образцов с большими степенями замещения (х = 0.15 и 0.3) также характерно парамагнитное
поведение при температурах выше 100 К.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Евгения Игоревна Лисунова, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

аспирант кафедры
материаловедения и индустрии наносистем Воронежского государственного университета (Воронеж, Российская Федерация).

Николай Сергеевич Перов, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, ГСП-1, Ленинские горы, 1, стр. 2, Москва 119991, Российская Федерация

д. ф.-м. н., профессор,
заведующий кафедрой магнетизма физического
факультета Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва, Российская Федерация).

Валентина Олеговна Миттова, Учебный университет Геомеди 4 ул. Царя Соломона II.0114, Тбилиси, Грузия

PhD, профессор,
Научно-исследовательский институт экспериментальной и клинической медицины, Лаборатория
молекулярной медицины, Учебный университет
Геомеди (Тбилиси, Грузия).

Борис Владимирович Сладкопевцев, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

к. х. н., доцент, доцент кафедры материаловедения и индустрии наносистем, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация).

Вонг Буи Хуан, Университет Сайгона, факультет естественных наук, Хошимин 700000, Вьетнам

к. х. н., преподаватель педагогического факультета университета Сайгона (Хошимин, Вьетнам).

Тьен Нгуен Ань, Педагогический университет Хошимина, химический факультет, Хошимин 700000, Вьетнам

к. х. н., заведующий кафедрой
общей и неорганической химии педагогического
университета Хошимина (Хошимин, Вьетнам).

Юлия Александровна Алехина, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, ГСП-1, Ленинские горы, 1, стр. 2, Москва 119991, Российская Федерация

научный сотрудник кафедры магнетизма Физического факультета
Московского Государственного Университета имени М. В. Ломоносова (Москва, Российская Федерация).

Виктор Федорович Кострюков, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

д. х. н., доцент,
доцент кафедры материаловедения и индустрии
наносистем, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация).

Ирина Яковлевна Миттова, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

д. х. н., профессор,
профессор кафедры материаловедения и индустрии наносистем, Воронежский государственный
университет (Воронеж, Российская Федерация).

Литература

Saukhimov A. A., Hobosyan M. A., Dannangoda G. C., Zhumabekova N. N., Almanov G. A., Kumekov S. E., Martirosyan K. S. Solution-combustion synthesis and magnetodielectric properties of nanostructured rare earth ferrites. International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2015;24(2): 63–71. https://doi.org/10.3103/S1061386215020065

Popkov V. I., Almjasheva O. V., Gusarov V. V. The investigation of the structure control possibility of nanocrystalline yttrium orthoferrite in its synthesis from amorphous powders. Russian Journal of Applied Chemistry. 2014;87(10): 1417–1421. https://doi.org/10.1134/S1070427214100048

Nguyen A. T., Nguyen V. Y., Mittova I. Ya., Mittova V. O., Viryutina E. L., Hoang C. Ch. T., Nguyen Tr. L. T., Bui X. V., Do T. H. Synthesis and magnetic properties of PrFeO3 nanopowders by the co-precipitation method using ethanol. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2020;11(4): 468–473. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2020-11-4-468-473

Nguyen A. T., Phan Ph. H. Nh., Mittova I. Ya., Knurova M. V., Mittova V. O. The characterization of nanosized ZnFe2O4 material prepared by coprecipitation. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics.2016;7(3): 459–463. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2016-7-3-459-463 5. Sherstyuk D. P., Starikov A. Yu., Zhivulin V. E.,

Zherebtsov D. A., Gudkova S. A., Perov N. S., Alekhina Yu. A., Astapovich K. A., Vinnik D. A., Trukhanov A. V. Effect of Co content on magnetic features and SPIN states in Ni – Zn spinel ferrites.Ceramics International. 2021;47(9): 12163–12169. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.01.063

Serrao C. R., Sahu J. R., Ramesha K., Rao C. N. R. Magnetoelectric effect in rare earth ferrites, LnFe2O4. Journal of Applied Physics. 2008;104(1): 16102. https://doi.org/10.1063/1.2946455

Xu C., Yang Y., Wang S., Duan W., Gu B., Bellaiche L. Anomalous properties of hexagonal rareearth ferrites from first principles. Physical Review B. 2014; 89: 205122. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.89.205122

Kanhere P., Chen Z. A review on visible light active perovskite-based photocatalysts. Molecules. 2014;19: 19995–20022. https://doi.org/10.3390/molecules191219995

Ahmad T., Lone I. H., Ansari S. G., Ahmed J., Ahamad T., Alshehri S. M. Multifunctional properties and applications of yttrium ferrite nanoparticles prepared by citrate precursor route. Materials and Design. 2017;126: 331–338. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.04.034

Jabbarzare S., Abdellahi M., Ghayour H., Chami A., Hejazian S. Mechanochemically assisted synthesis of yttrium ferrite ceramic and its visible light photocatalytic and magnetic properties. Journal of Alloys and Compounds. 2016;688: 1125–1130. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.07.123

Suthar L., Bhadala F., Roy M. Structural, electrical, thermal and optical properties of YFeO3, prepared by SSR and sol – gel route: a comparative study. Applied Physics A. 2019;125: 452. https://doi.org/10.1007/s00339-019-2743-1

Nguyen A. T., Pham V. N. T., Nguyen T. T. L., Mittova V. O., Vo Q. M., Berezhnaya M. V., Mittova I. Ya., Do Tr. H., Chau H. D. Crystal structure and magnetic properties of perovskite YFe1xMnxO3 nanopowders synthesized by co-precipitation method. Solid State Sciences. 2019;96: 105922. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2019.06.011

Popkov V. I., Almjasheva O. V. Formation mechanism of YFeO3 nanoparticles under the hydrothermal ondition. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2014;5(5): 703–708. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=22415667

Berezhnaya M. V., Al’myasheva O. V., Mittova V. O., Nguyen A. T., Mittova I. Ya. Sol-gel synthesis and properties of Y1–xBaxFeO3 nanocrystals. Russian Journal of General Chemistry. 2018;88(4): 626-631. https://doi.org/10.1134/S1070363218040035

Popkov V. I., Almjasheva O. V., Semenova A. S., Kellerman D. G., Nevedomskiy V. N., Gusarov V. V. Magnetic properties of YFeO3 nanocrystals obtained by different soft-chemical methods. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2017;28; 7163–7170. https://doi.org/10.1007/s10854-017-6676-1

Shobana M. K., Kwon H., Choe H. Structural studies on the yttrium-doped cobalt ferrite powders synthesized by sol-gel combustion method. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2012;324: 2245–2248. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2012.02.110

Nguyen T. A., Pham V. N. T., Le H. T., Chau D. H., Mittova V. O., Nguyen L. T. Tr., Dinh D. A., Nhan Hao T. V., Mittova I. Ya. Crystal structure and magnetic properties of LaFe1xNixO3 nanomaterials prepared via a simple co-precipitation method. Ceramics International. 2019;45: 21768–21772. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.07.178

Lima E., De Biasi E., Mansilla M. V., Saleta M. E., Granada M., Troiani H. E., Rechenberg H. R., Zysler R.D. Heat generation in agglomerated ferrite nanoparticles in an alternating magnetic field. Journal of Physics D: Applied Physics. 2012;46: 045002. https://doi.org/10.1088/0022-3727/46/4/045002

Bachina A., Ivanov V. A., Popkov V. I. Peculiarities of LaFeO3 nanocrystals formation via glycine-nitrate combustion. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2017;8(5): 647–653. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2017-8-5-647-653

Martinson K. D., Kondrashkova, I. S., Popkov V. I. Synthesis of EuFeO3 nanocrystals by glycine-nitrate combustion method. Russian Journal of Applied Chemistry. 2017;90(8): 1214–1218. https://doi.org/10.1134/S1070427217080031

Popkov V. I., Almjasheva O. V., Nevedomskyi V. N., Panchuk V. V., Semenov V. G., Gusarov V. V. Effect of spatial constraints on the phase evolution of YFeO3-based nanopowders under heat treatment of glycinenitrate combustion products. Ceramics International.2018;44: 20906–20912. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.08.097

Lebedev L. A., Tenevich M. I., Popkov V. I. The effect of solution-combustion mode on the structure, morphology, and size-sensitive photocatalytic performance of MgFe2O4 nanopowders. Condensed Matter and Interphases. 2022;24(4): 496–503. https://doi.org/10.17308/kcmf.2022.24/10645

Popkov V. I., Almjasheva O. V., Nevedomskiy V. N., Sokolov V. V., Gusarov V. V. Crystallization behavior and morphological features of YFeO3 nanocrystallites obtained by glycine-nitrate combustion. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2015;6(6): 866–874. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2015-6-6-866-874

Popkov V. I., Almyasheva O. V. Yttrium orthoferrite nanopowders formation under glycinenitrate combustion conditions. Journal of Applied Chemistry. 2014;87(2): 167–171. https://doi.org/10.1134/S1070427214020074 25. Nguyen A. T., Chau H. Nguyen A. T., Chau H. O., Huong D. T., Mittova I. Ya. Structural and magnetic properties of YFe1-xCoxO3 (0.1https://doi.org/10.17586/2220-8054-2018-9-3-424-429

Nguyen A. T., Mittova I. Ya., Solodukhin D. O., Al’myasheva O. V., Mittova V. O., Demidova S. Yu. Solgel formation and properties of nanocrystals of solid solutions Y1xCaxFeO3. Journal of Inorganic Chemistry. 2014;59(2): 40–45. https://doi.org/10.7868/S0044457X14020159

Pomiro F., Gil D. M., Nassif V., Paesano A., Gomez M. I., Guimpel J., Sanchez R. D., Carbonio R. E. Weak ferromagnetism and superparamagnetic clusters coexistence in YFe1xcoxO3 (0 ≤ x ≤ 1) perovskites. Materials Research Bulletin. 2017;94: 472–482. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2017.06.045

Tomina E. V., Kurkin N. A., Maltsev S. A. Microwave synthesis of yttrium orthoferrite and doping with nickel. Condensed Matter and Interphases. 2019;21(2): 306–312. https://doi.org/10.17308/kcmf.2019.21/768

Tomina E. V., Darinsky B. M., Mittova I. Ya., Churkin V. D., Boikov N. I., Ivanova O. B. Microwaveassisted synthesis of YСохFe1–хO3 nanocrystals. Inorganic materials. 2019;55(4): 390–394. https://doi.org/10.1134/S0002337X19040158

Shannon R.D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides. Acta Crystallographica Section A. 1976; A32(5): 751–767. https://doi.org/10.1107/S0567739476001551

Nguyen A. T., Pham V., Chau D. H., Mittova V. O., Mittova I. Ya., Kopeychenko E. Nguyen A. T., Pham V., Chau D. X., Nguyen A.T. P. Effect of Ni substitution on phase transition, crystal structure and magnetic properties of nanostructured YFeO3 perovskite. Journal of Molecular Structure. 2020;1215: 12829. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2020.128293

Berezhnaya M. V., Mittova, I. Ya., Perov N. S., Al’myasheva O. V., Nguyen A. T., Mittova V. O., Bessalova V. V., Viryutina E. L. Production of zincdoped yttrium ferrite nanopowders by the sol-gel method. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2018;63(6): 742–746. https://doi.org/10.7868/S0044457X18060077