Preparation and characterisation of cobalt and cobalt-zinc ferrites for magnetorheological materials

Юлиан Станиславович Гайдук; Евгения Викторовна Коробко; Дмитрий Анатольевич Котиков; Иван Антонович Свито; Александра Евгеньевна Усенко; Владимир Васильевич Паньков

doi:10.17308/kcmf.2022.24/9051

Юлиан Станиславович Гайдук Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, Минск 220030, Республика Беларусь https://orcid.org/0000-0003-2737-0434
Евгения Викторовна Коробко Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова Национальной Академии Наук Беларуси, ул. П. Бровки, 15, Минск 220072, Республика Беларусь https://orcid.org/0000-0002-2870-9658
Дмитрий Анатольевич Котиков Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, Минск 220030, Республика Беларусь https://orcid.org/0000-0002-3318-7620
Иван Антонович Свито Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, Минск 220030, Республика Беларусь https://orcid.org/0000-0002-4510-0190
Александра Евгеньевна Усенко Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, Минск 220030, Республика Беларусь https://orcid.org/0000-0002-2251-6193
Владимир Васильевич Паньков Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, Минск 220030, Республика Беларусь https://orcid.org/0000-0001-5478-0194

DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2022.24/9051

Ключевые слова: феррит кобальта, феррит кобальта–цинка, магнитореологические материалы

Аннотация

Целью работы являлось получение образцов и определение структурных, морфологических, магнитных и магнитореологических свойств порошков феррита кобальта и феррита кобальта-цинка с целью использования их в качестве функционального компонента магнитореологических жидкостей.
Ферриты кобальта CoFe₂O₄ и кобальта-цинка Co_0.65Zn_0.35Fe₂O₄ получены методом соосаждения водных растворов солей с последующей термической обработкой осадков и исследованы методами рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии, ИК-спектроскопии и магнитометрии.
Синтезированные ферриты являются полидисперсными порошками с размером первичных частиц 300–400 нм, размером областей когерентного рассеяния 22–33 нм и обладают высоким напряжением сдвига в магнитореологических суспензиях, в 2.5 раз превышающим соответствующую величину для наноразмерных частиц. Высокотемпературный отжиг приводит к существенному росту удельной намагниченности порошков, а также напряжения сдвига в суспензиях, приготовленных на их основе. Легирование цинком феррита кобальта приводит к увеличению удельной намагниченности и реологических характеристик.
Исследованные материалы обладают высоким напряжением сдвига в суспензиях (~ 2.5 кПа при 650 мТл), и могут быть использованы в качестве функционального наполнителя магнитореологических материалов.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Юлиан Станиславович Гайдук , Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, Минск 220030, Республика Беларусь

к. х. н., с. н. с., Белорусский государственный университет (Минск, Республика Беларусь).

Евгения Викторовна Коробко, Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова Национальной Академии Наук Беларуси, ул. П. Бровки, 15, Минск 220072, Республика Беларусь

д. т. н, профессор, заведующий лабораторией, Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси (Минск, Республика Беларусь).

Дмитрий Анатольевич Котиков, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, Минск 220030, Республика Беларусь

к. х. н., доцент, доцент, Белорусский государственный университет (Минск, Республика Беларусь).

Иван Антонович Свито, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, Минск 220030, Республика Беларусь

к. ф.-м. н., с. н. с., Белорусский государственный университет (Минск, Республика Беларусь).

Александра Евгеньевна Усенко, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, Минск 220030, Республика Беларусь

к. х. н., доцент кафедры физической химии, Белорусский государственный университет (Минск, Республика Беларусь).

Владимир Васильевич Паньков, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, Минск 220030, Республика Беларусь

д. х. н., профессор, профессор кафедры физической химии Белорусского государственного университета (Минск, Республика Беларусь).

Литература

Vekas L. Ferrofluids and magnetorheological f luids. Advances in Science and Technology. 2008;54(1):127–136. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AST.54.127

Belyaev E. S., Ermolaev A. I., Titov E. Yu., Tumakov S. F. Magnetorheological fluids: technologies of creation and application. N. Novgorod; Nizhegorod. state tech. un-t them. R. E. Alekseeva. 2017. 94 p. (In Russ.). http://www.vntr.ru/lib/vntr18-VOL7.pdf

Mayekar J., Dhar V., Radha S. Synthesis, Characterization and magnetic study of zinc ferrite nanoparticles. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology. 2016;5(5): 83678371. https://doi.org/10.15680/IJIRSET.2016.0505268

Rani B. J., Ravina M., Saravanakumar B., Ravi G., Ganesh V. , Ravichandran S. , Yuvakkumar R. Ferrimagnetism in cobalt ferrite (CoFe2O4) nanoparticles. Nano-Structures & Nano-Objects. 2018; 14: 84–91. https://doi.org/10.1016/j.nanoso.2018.01.012

Manouchehri S., Ghasemian Z., Shahbazi-Gahrouei D., Abdolah M. Synthesis and characterization of cobalt-zinc ferrite nanoparticles coated with DMSA. Chem Xpress. 2013;2(3):147–152. https://www.tsijournals.com/articles/synthesis-and-characterization-of-cobaltzinc-ferritenanoparticlescoated-

with-dmsa.pdf

Lopez. P. P. J., Gonzalez - Bahamon L. F., Prado J., Caicedo J. C., Zambrano G., Gomez M. E., Esteve J. Study of magnetic and structural properties of ferrofluids based on cobalt–zinc ferrite nanoparticles. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2012;324(4): 394–402. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2016-7-4-624-628

Singhal S., Namgyal T., Bansal S., Chandra K. Effect of Zn substitution on the magnetic properties of cobalt ferrite nano particles prepared via sol-gel route. Journal of Electromagnetic Analysis and Applications. 2010;2(6): 376–381. http://dx.doi.org/10.4236/jemaa.2010.26049

Gaikwad R. S., Chae S.-Y., Mane R. S., Han S.-H., Joo O.-S. Cobalt ferrite nanocrystallites for sustainable hydrogen production application. International Journal of Electrochemistry. 2011: 1–6. https://doi.org/10.4061/2011/729141

Ladole С. A. Preparation and characterization of spinel zinc ferrite ZnFe2O4. International Journal of Chemical Science. 2012;10(3): 12301234. https://www.tsijournals.com/articles/preparation-and-characterization-of-spinel-zinc-ferrite-znfe2o4.pdf

Raghuvanshi S., Kane S. N., Tatarchuk T. R., Mazaleyrat F. Effect of Zn addition on structural, magnetic properties, antistructural modeling of Co1−xZnxFe2O4 nano ferrite. AIP Conference Proceedings 1953. 2018:030055. https://doi.org/10.1063/1.5032390

Sawadzky G. A., Van der Woude F., Morrish A. H. Cation distributions in octahedral and tetrahedral sites of the ferrimagnetic spinel CoFe2O4. Journal of AppliedPhysics. 1968;39(2): 1204–1206. https://doi.org/10.1063/1.1656224

Haiduk Yu. S, Korobko E. V., Shevtsova K.A., Kotikov D. A., Svito I.A., Usenka A. E., Ivashenko D. V., Fakhmi A., Pankov V. V. Synthesis, structure and magnetic properties of cobalt-zinc nanoferrite for magnetorheological liquids. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy = Condensed Matter and Interphases. 2020;22(1): 28–38. https://doi.org/10.17308/kcmf.2020.22/2526

Chinnasamy C. N., Jeyadevan B., Shinoda K., Tohji K. , Djayaprawira D. J. , Takahashi M. , Joseyphus R. J., Narayanasamy A. Unusually high coercivity and critical single-domain size of nearly monodispersed CoFe2O4 nanoparticles. Applied Physics Letters. 2003;83(14): 2862–2864. https://doi.org/10.1063/1.1616655

Lin Q., Xu J., Yang F., Lin J., Yang H., He Y. Magnetic and mössbauer spectroscopy studies of zincsubstituted cobalt ferrites prepared by the sol-gel method. Materials. 2018;11(10): 1799. https://doi.org/10.3390/ma11101799

Liu Y., Zhu X. G., Zhang L., Min F. F., Zhang M. X. Microstructure and magnetic properties of nanocrystalline Co1−xZnxFe2O4 ferrites. Materials Research Bulletin. 2012;47: 4174–4180. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2012.08.076

Ranjani M., Jesurani S., Priyadharshini M., Vennila S. Sol-gel synthesis and characterization of zinc substituted cobalt ferrite magnetic nanoparticles. International Journal of Advanced Research. 2016;5(6):882 886. https://doi.org/10.17577/IJERTV5IS060665

Copolla P., da Silva F. G., Gomide G., Paula F. LO, Campos A.F. C., Perzynski R., Kern C., Depeyrot G., Aquino R. Hydrothermal synthesis of mixed zinc–cobalt ferrite nanoparticles: structural and magnetic properties. Journal of Nanoparticle Research.2016;18(138): 1 – 15. https://doi.org/10.1007/s11051-016-3430-1

Praveena K., Sadhana K. Ferromagnetic properties of Zn substituted spinel ferrites for high frequency applications. International Journal of Scientific and Research Publications. 2015;5(4): 121. Available at: http://www.ijsrp.org/researchpaper-0415.php?rp=P403877

Komogortsev S. V., Patrusheva T.N., Balaev D. A., Denisova E. A., Ponomarenko I. V. Cobalt ferrite nanoparticles based on mesoporous silicon dioxide. Pis’ma v Zhurnal teoreticheskoi fiziki. 2009;35(19):

–11. (In Russ.). https://www.elibrary.ru/item.asp?id=20326999

Komogortsev S. V., Iskhakov R. S., Balaev A. D., Kudashov A. G., Okotrub A. V., Smirnov S. I. Magnetic properties of Fe3C ferromagnetic nanoparticles encapsulated in carbon nanotubes Physics of the Solid State. 2007;49(4): 734-738. https://doi.org/10.1134/s1063783407040233