Influence du paramètre d'ajustement du pH pour la modification sol-gel sur les propriétés structurelles, microstructurales et magnétiques de la ferrite de strontium nanocristallin

Surlignement

• Synthèse de ferrite de strontium (SrFe₁₂ O₁₉ ) nanoparticules utilisant la technique d'auto-combustion sol-gel.

• Le SrFe₁₂ O₁₉ la phase nanoferrite a été obtenue à une faible température de frittage, 900 °C.

• Paramètre magnétique d'aimantation à saturation M _s , reste M _r , et coercitivité H _c diminue à mesure que le pH augmente.

Contexte

Ferrite de strontium (SrFe₁₂ O₁₉ ) a été largement étudiée pour leurs applications potentielles dans les appareils à micro-ondes, l'enregistrement magnétique à haute densité, les appareils électroniques et les aimants permanents. Les ferrites à aimant permanent sont largement utilisées dans l'industrie de la fabrication d'électricité en raison de ses nombreux avantages [1] et de ses propriétés impressionnantes telles qu'une résistivité électrique élevée [2], une perte d'hystérésis importante et une coercivité intrinsèque élevée [3]. Il est surtout connu comme une bonne résistance à la chaleur et à la corrosion et utile pour de nombreuses applications. La ferrite de strontium a attiré plus d'études scientifiques ces dernières années en raison de sa forte anisotropie magnétique, qui est responsable de la coercivité élevée de la structure cristalline [4, 5] et peut donc assurer une coercivité élevée même lorsque la taille des particules est réduite à l'échelle nanométrique. avec une structure à domaine unique. Le ferromagnétisme présenté par SrFe₁₂ O₁₉ est attribué au Fe ³⁺ sous-réseaux d'ions présents dans la structure. Ils sont distribués en trois octaèdres (12 k, 2a, 4f₂ ), un tétraèdre (4f₁ ), et un site bipyramidal (2b). À partir de ces sites, 12 k, 2a et 2b sont représentés comme les états de spin élevé et 4f₁ et 4f₂ sont considérés comme les états à faible spin [6, 7]. Les moments magnétiques du Fe ³⁺ les ions sont couplés les uns aux autres par des interactions de super-échange médiées par O ²⁻ ions. Le Sr ²⁺ L'ion est responsable de la grande anisotropie magnétique uniaxiale car il provoque une perturbation du réseau cristallin [8]. Hexaferrite de strontium (SrFe₁₂ O₁₉ ) les nanoparticules ont une granulométrie moyenne inférieure à 0,1 μm et sont constituées d'une distribution granulométrique homogène [9]. La taille des particules plus petite produit une grande surface, améliorant considérablement le SrFe₁₂ O₁₉ propriétés des nanoparticules, telles que ses propriétés chimiques, physiques, mécaniques et magnétiques, résultant en des propriétés intéressantes pour les applications de nanoferrite.

La méthode conventionnelle à l'état solide en céramique est difficile à obtenir des nanoparticules et des particules mono-dimensionnées [4, 5]. Il présente des limites telles qu'un long programme de chauffage à une température de frittage élevée d'environ 1 300 °C, une taille de grain/particule obtenue plus élevée et une consommation de temps plus élevée. Les conditions expérimentales impliquées dans la fabrication des nanoparticules de ferrite jouent un rôle clé dans les propriétés résultantes ainsi que la taille des particules des nanoparticules de ferrite. Afin d'obtenir un SrFe₁₂ très homogène O₁₉ nanoparticules constituées d'une structure à domaine unique à basse température de frittage ou de calcination, diverses méthodes ont été introduites afin d'éviter une large distribution granulométrique avec une croissance anormale des grains favorisée pendant le frittage. Les méthodes comprennent la co-précipitation [9, 10], la méthode de fusion du sel [11], l'hydrothermie [12, 13], la microémulsion [14] et le procédé sol-gel [1, 4, 15]. Parmi ces méthodes, la voie sol-gel est une méthode peu coûteuse, simple et fiable pour contrôler la stoechiométrie et produire de la ferrite nanocristalline. Le procédé sol-gel produit un oxyde mixte homogène qui peut abaisser la température de calcination et produire une taille de cristallite plus petite [3]. L'optimisation du rapport molaire Fe sur Sr (Fe/Sr) est très importante pour produire un échantillon monophasique, des particules ultrafines et des températures de calcination plus basses [1]. Ce rapport varie avec le changement de matières premières et avec le changement de méthode de production [1]. À haute température de calcination, la taille des grains et le couplage d'échange augmentent. Ceux-ci seront défavorables à l'obtention d'un aimant permanent de bonne qualité [16]. En général, les alcoxydes métalliques sont souvent utilisés comme matières premières dans le processus sol-gel, mais beaucoup d'alcoxydes sont très difficiles à obtenir et à traiter en raison de leur grande sensibilité à l'humidité atmosphérique. De plus, il n'est pas facile de contrôler la vitesse d'hydrolyse des alcoxydes lorsqu'il s'agit de préparer des céramiques à plusieurs composants. Les sels métalliques sont utilisés dans cette étude car ils sont très utiles, moins chers et plus faciles à manipuler. En outre, les sels métalliques peuvent être dissous dans de nombreux types de solvants organiques, formant ainsi des complexes métalliques en chélatant les ions métalliques avec des ligands organiques [17]. Plusieurs processus de modification sol-gel ont été rapportés, tels que l'ajustement du pH [1, 18], l'agent basique [3], le surfactant [1], l'acide carboxylique [2] et les sels métalliques de départ [3], pour réduire la température de calcination finale, taille des cristallites [2] et anisotropie élevée de SrFe₁₂ O₁₉ nanoparticules [12]. Dans les méthodes sol-gel, la capacité à former des hydroxydes et/ou des oxydes dépend fortement du pH de la solution et du rapport charge/rayon du cation métallique [17]. De plus, le pH du sol contrôle la quantité de H ⁺ ou OH ⁻ ions dans le sol qui déterminent efficacement la polymérisation des liaisons métal-oxygène. En outre, il est connu que pendant le processus sol-gel, le processus de complexation avec l'acide citrique est sensible aux valeurs de pH [19, 20]. Par conséquent, l'homogénéité du sol qui est essentielle pour la formation de phase serait déterminée par le pH de la solution. Il est bien connu que les propriétés magnétiques de SrFe₁₂ O₁₉ dépendent fortement de sa morphologie, de la taille des particules/grains, de la forme, de l'orientation et des configurations de domaine en modifiant les paramètres de synthèse. Par conséquent, dans ce travail, nous avons l'intention de réguler le pH de la solution en tant que paramètre de modification sol-gel pour produire de la ferrite nanocristalline avec des valeurs considérables de propriétés magnétiques à une température de calcination inférieure.

Méthodes

Les séquences expérimentales de cette étude consistaient en deux étapes majeures qui étaient la synthèse de nanoparticules de ferrite de strontium via la méthode sol-gel (section « Synthèse des nanoparticules de ferrite de strontium ») et ont été suivies par les caractérisations des propriétés structurelles, microstructurales et magnétiques. de ferrite de strontium préparée (la section « Caractérisations de la ferrite de strontium »).

Synthèse de nanoparticules de ferrite de strontium

Des nanoparticules de ferrite de strontium ont été synthétisées par la méthode sol-gel. Dans cette méthode, le nitrate de strontium granulaire anhydre Sr(NO₃ )₂ (98%, Alfa Aeser), fer(III) nitrate Fe(NO₃ )₃ (99%, HmbG), acide citrique C₃ H₄ (OH)(COOH)₃ (99%, Alfa Aeser), ammoniac NH₄ OH (25 %, SYSTERM) et de l'eau déminéralisée ont été utilisés comme matières premières pour la préparation de l'échantillon. Quantités appropriées de Sr(NO₃ )₂ et Fe(NO₃ )₃ sont dissous dans 100 ml d'eau déminéralisée pendant quelques minutes à 60 °C avec une rotation d'agitateur constante de 250 rpm pour faire une solution aqueuse. De l'acide citrique a été ajouté en tant qu'agent chélatant avec un rapport molaire du citrate au nitrate (C/N  =  0,75), et la température a été élevée à 80 °C. Les mélanges ont été agités en continu et NH₄ De l'OH a été ajouté afin de faire varier le pH de pH 0 à pH 8. Le pH a été mesuré par un pH-mètre/ORP HI2211 (instruments HANNA). Les solutions ont été agitées en continu et chauffées pendant plusieurs heures à 90 °C, et la solution s'est lentement transformée en gel collant vert. Lors de la formation d'un gel collant dense, la température de la plaque chauffante est ensuite augmentée jusqu'à 200 °C et les gels sont brûlés pendant une heure pour le processus de déshydratation. Les poudres obtenues ont été calcinées à 900 °C pendant 6 h avec une vitesse de chauffage de 5 °C/min. Une description par étapes de la procédure de synthèse de SrFe₁₂ O₁₉ nanoparticules est illustré à la figure 1.

Organigramme de préparation de SrFe₁₂ O₁₉ poudres de nanoparticules par méthode sol-gel

Caractérisations de la ferrite de strontium

Des mesures de caractérisation de la ferrite de strontium ont été effectuées en termes de ses propriétés structurelles, microstructurales et magnétiques. L'explication détaillée est présentée dans les sous-sections suivantes.

Propriétés structurelles

La caractérisation structurelle des échantillons a été caractérisée par la technique de diffraction des rayons X (XRD) à l'aide d'un diffractomètre à rayons X Philips X'pert modèle 7602 EA Almelo avec un rayonnement Cu Kα à 1,5418 Å. La plage d'angle de diffraction utilisée est de 20° à 80° à température ambiante. Le courant d'accélération et la tension de fonctionnement étaient respectivement de 35 mA et 4,0 kV. Les données ont été analysées à l'aide d'un logiciel X'Pert High Score Plus.

La caractérisation infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) a été réalisée par un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier Perkin Elmer modèle 1650 pour déterminer le spectre infrarouge des bandes d'absorption et d'émission de l'échantillon. Elle a été réalisée entre des spectres infrarouges de 280 à 4000 cm ⁻¹ .

Propriétés de la microstructure

L'observation microstructurale a été réalisée par un microscope électronique à balayage à émission de champ (FESEM) en utilisant une machine FEI Nova NanoSEM 230. La distribution de l'image de la taille des grains a été fixée à un grossissement de 100 kx avec une tension d'accélération de 5,0 kV. Les distributions de tailles de grains ont été obtenues en prenant 200 images de grains différents pour l'échantillon et en estimant les diamètres moyens des grains individuels à l'aide du logiciel imageJ. La distribution granulométrique a été mesurée par une méthode d'interception linéaire moyenne.

Densité

La densité a été mesurée en utilisant un densitomètre Hildebrand modèle H-300 S. La densité de la pastille frittée a été obtenue en utilisant le principe d'Archimède avec de l'eau comme milieu fluide par Eq. 1,

ρ _exp est la densité de l'échantillon mesuré, ρ _w est la densité de l'eau, W _aérien est le poids de l'échantillon dans l'air, et W _eau est le poids de l'échantillon dans l'eau.

Propriétés magnétiques

Les propriétés magnétiques des échantillons ont été mesurées par un magnétomètre à échantillon vibrant (VSM) modèle 7404 LakeShore. La mesure a été effectuée à température ambiante. Le champ externe de 12 kOe a été appliqué parallèlement à l'échantillon.

Résultats et discussion

Analyse structurelle

La figure 2 montre les spectres de diffraction des rayons X (XRD) de SrFe₁₂ O₁₉ nanocristallin en faisant varier le pH. La structure des pics XRD a été référée à la norme SrFe₁₂ O₁₉ avec le code de référence JCPDS 98-004-3603. Les pics caractéristiques et indices de meunier de SrFe₁₂ O₁₉ sont également représentés sur la figure. L'intensité la plus élevée peut être observée à 2θ (34,218°) avec des indices de Miller de [1 1 4]. La formation de SrFe₁₂ monophasé O₁₉ a été obtenu à une température de calcination relativement basse de 900 °C. Il n'y a pas eu de pics observés correspondant à certains des précurseurs de réactifs ou d'autres phases secondaires et produits intermédiaires, à l'exception de l'échantillon préparé à pH 8 où une infime quantité d'hématite Fe₂ O₃ a été détectée et tous les échantillons ont une bonne cristallinité comme le montre la figure. La formation de Fe₂ secondaire O₃ phase observée pour l'échantillon préparé à pH 8 avait réduit la pureté du SrFe₁₂ O₁₉ à 87,8%. Le Fe₂ O₃ les modèles ont été indexés au code de référence ICSD 98-004-1067. La présence de Fe₂ O₃ est due à une température de calcination insuffisante pour l'échantillon préparé à pH 8 [21]. Il a été constaté qu'une acidité élevée dans une solution moyenne de pH 0 à 3 favorisait la formation de SrFe₁₂ à haute cristallinité O₁₉ phase. L'augmentation du pH du sol a favorisé la formation de gels de fer chargés négativement et l'adsorption d'ions Sr chargés positivement sur les gels de fer. Par conséquent, une solution plus homogène a été obtenue, et il en résulte une formation facile de SrFe₁₂ O₁₉ phase [3]_. Même si la formation de SrFe₁₂ O₁₉ est plus facile avec l'augmentation du pH, des agrégats céramiques hétérogènes pourraient se former en raison de déplacements localisés à proximité immédiate du complexe en cours de polymérisation [22]. Par conséquent, la croissance cristalline peut être inhibée, réduisant ainsi la cristallinité à partir de pH 4. Cela a été montré par l'augmentation de l'intensité du pic XRD par l'amélioration de la cristallinité de SrFe₁₂ O₁₉ préparé en utilisant un pH de 1 à pH 3, mais diminue lentement avec des valeurs de pH augmentées de 4 à 8. La formation de SrFe cristallin₁₂ O₁₉ après avoir été calciné à 900 °C est attribué au degré plus élevé d'homogénéité de la composition ainsi qu'à la plus grande chaleur générée par la réaction exothermique des nitrates et de l'acide citrique [21].

Les spectres de diffraction des rayons X de SrFe₁₂ O₁₉ pour pH 0 à pH 8, fritté à 900 °C

Le paramètre de réseau a et c valeur observée n'étaient pas très différentes par rapport au SrFe₁₂ théorique O₁₉ constante de réseau où a = 5.8820 Å et c = 23.0230 Å [23] (Fig. 3). Le a et c les paramètres observés sont similaires à ceux de Masoudpanah et al. [3] et Dang et al. [12]. La cellule de volume V _cellule et densité de XRD ρ _xrd utilisés dans cette étude dépendent du paramètre cristallographique qui a un système cristallin hexagonal avec un groupe spatial de P63/mmc . Le V _cellule ont été calculés en utilisant l'équation. (2) ;

où un et c sont la constante de réseau. La densité théorique ρ _théorie de l'échantillon a été calculé en utilisant l'équation. (3),

où M est le poids moléculaire de SrFe₁₂ O₁₉ ce qui équivaut à 1061,765 g. Le poids de deux molécules dans une maille unitaire est de 2  × 1061,765 = 2123,53 g ; N _A est le numéro d'Avogadro (6,022 × 10 ²³ mol ⁻¹ ).

Les paramètres de maille a et c de SrFe₁₂ O₁₉ nanoparticules pour pH 0 à pH 8, frittées à 900 °C. Les tirets sont les valeurs de référence des paramètres de maille a et c

La porosité P des échantillons peuvent être calculés en utilisant l'équation. (4) ;

Au fur et à mesure que la valeur du pH augmentait, la densité expérimentale des échantillons ρ _exp a diminué, à l'exception de quelques fluctuations observées pour les échantillons préparés à pH 4, 6 et 7 avec une valeur optimale de densité expérimentale et moins de porosité obtenue pour l'échantillon préparé à pH 4. La densité et la porosité optimales ont été enregistrées à 4,693 g/cm ³ et 8,15 % respectivement (Fig. 4, Tableau 1). La densité de rayons X indiquée dans le tableau 1 est supérieure à la densité expérimentale, ce qui peut être dû à la présence de pores créés pendant le processus de frittage. La porosité des agglomérats est également attribuée à la libération d'une grande quantité de gaz tel que NH₃ pendant le processus de combustion [24].

Densité expérimentale de SrFe₁₂ O₁₉ nanoparticules pour pH 0 à pH 8, frittées à 900 °C

Les spectres FTIR du SrFe fritté₁₂ O₁₉ à pH variant de pH 0 à pH 8, sont illustrés à la Fig. 5. Les spectres FTIR d'un précurseur sont sensiblement apparus dans la plage de 430, 583, 904 et 1446 cm ⁻¹ des bandes caractéristiques IR. La bande d'absorption à 436 cm ⁻¹ a été indiqué comme une bande d'étirement de CH₂ , prouvant la présence de CH composé saturé [25]. Bandes à 583 cm ^‑1 montrent la vibration caractéristique de l'oxygène métallique Sr–O Fe–O [20]. Les bandes d'absorption comprises entre 443 et 600 cm ⁻¹ ont été attribuées à la formation de ferrite de strontium en tant que vibration d'étirement de la liaison métal-oxygène [26,27,28,29]. Cela confirme que, le SrFe₁₂ O₁₉ a été formé à une température de frittage de 900 °C. Les bandes relativement fortes et larges aux pics de 904 cm ⁻¹ a révélé qu'il y avait un groupe fonctionnel amine pour la vibration N-H en raison de la décomposition de NH₃ . Pendant ce temps, Pereira et al. [29] ont également déclaré qu'une large vibration d'étirement Sr–O indique la formation de nanoferrite de strontium. La bande d'absorption à 1446 cm ⁻¹ indique les bandes vibrantes des bandes Fe–O–Fe dues à la décomposition du métal avec la bande d'oxydes [25].

Les spectres FTIR de SrFe₁₂ O₁₉ pour pH 0 à pH 8, fritté à 900 °C

Analyse Microstructurale

Les images de microstructure du SrFe en vrac₁₂ O₁₉ et les spectres EDX sont présentés sur la figure 6, tandis que les distributions granulométriques des échantillons sont présentées sur la figure 7. Les tailles moyennes des grains ont été trouvées dans la plage de 73,6 à 133,3 nm. La taille moyenne des grains des échantillons ne montre pas de grande variation, sauf pour les échantillons à pH 4 et pH 8. Les tailles de grains ont été agglomérées en augmentant la valeur du pH. Une taille de grain relativement petite et compacte avec une moyenne de 73,6 nm et une distribution granulométrique la plus étroite parmi toutes a été observée pour le pH 0. La taille des grains augmentait avec l'augmentation des valeurs de pH de pH 0 à pH 3, diminuait à pH 4 et augmentait encore jusqu'à pH 8. Les résultats sont en accord avec les spectres XRD comme le montre la Fig. 2 que le degré de cristallinité réduit pour l'échantillon à pH 4. À partir de la Fig. 6e, pour l'échantillon préparé à pH 4, il montre que les grains ne sont pas homogènes distribué et non uniformément formé.

Les micrographies FESEM d'échantillons frittés à 900 °C en faisant varier le pH :a pH 0, b pH 1, c pH 2, d pH 3, e pH 4, f pH 5, g pH 6, h pH 7 et i pH 8

Distribution granulométrique pour SrFe₁₂ O₁₉ calciné à 900 °C en faisant varier le pH :a pH 0, b pH 1, c pH 2, d pH 3, e pH 4, f pH 5, g pH 6, h pH 7 et i pH 8

La granulométrie la plus fine présentait le M le plus élevé _s , M _r , et H _c . Les grains pour les échantillons ayant un pH 0 étaient de forme sphérique et en contact avec un autre grain pour former une structure de rétrécissement. Le contact était évident avec l'augmentation des valeurs de pH, montrant ainsi une structure de grain plus allongée. Les distributions taille/forme des grains sont devenues plus grandes et non uniformes à mesure que les valeurs de pH augmentaient. L'histogramme de la distribution granulométrique est passé de petites tailles de grains à des tailles de grains plus grandes. La vitesse de combustion accrue et la chaleur dégagée par la réaction peuvent également augmenter la taille des cristallites [30]. Les lignes pointillées rouges dans l'histogramme (Fig. 7) marquaient la taille moyenne des grains de l'échantillon. La microstructure a montré que certains des échantillons présentaient une grande porosité en raison de la présence d'alcool polyvinylique lors de la préparation du SrFe₁₂ en vrac O₁₉ nanoferrite sous forme de pastilles ainsi que la libération de gaz lors de la préparation des échantillons.

Comportements magnétiques

Le développement de M –H La boucle d'hystérésis à différents pH est illustrée à la Fig. 8. Une autre confirmation de cette évolution peut être observée à partir de la variation de l'aimantation à saturation, M _s , rémanence, M _r , rapport d'équerrage, M _r /M _s , et coercitivité, H _c , en fonction du pH indiqué dans le tableau 1. L'aimantation par unité de masse n'est pas directement liée à la microstructure de l'échantillon ; par conséquent, l'aimantation par unité de volume a été calculée en multipliant l'aimantation par unité de masse par la densité expérimentale, ρ _exp . Le M _s , M _r , et H _c sont généralement diminués avec l'augmentation du pH par l'ajout d'ammoniac dans un précurseur sol-gel. La diminution des paramètres magnétiques à mesure que le pH augmente pourrait être due à l'existence d'une grande quantité de phases diamagnétiques d'ammoniac NH₃ . Il semble que l'effet principal du diamagnétique NH₃ doivent isoler les nanoparticules de ferrite Sr les unes des autres, réduisant ainsi l'interaction d'échange entre elles et sont connues pour avoir un effet néfaste sur M _s et M _r . Comme vu précédemment dans la section "Analyse microstructurale", la microstructure de SrFe₁₂ O₁₉ a été affectée par l'augmentation de la valeur du pH. Ceci est en accord avec les résultats rapportés par Yang et al. [31], où les particules sont devenues plus grosses [32] avec l'augmentation du pH de 5 à 11. Les particules plus grosses ont été fortement affectées par une forte interaction magnétique entre les atomes magnétiques de Fe dans les grains [33].

Le M –H boucles d'hystérésis de SrFe₁₂ O₁₉ pour a pH 0 à pH 8 et b graphique en gros plan, pH variable fritté à 900 °C

Le M –H les boucles d'hystérésis de la figure 8 ont été examinées et trois groupes importants de boucles d'hystérésis caractérisés par les formes et les valeurs du groupe différencié ont pu être observés. Le premier groupe était constitué de la majorité des échantillons préparés qui sont des échantillons préparés en utilisant pH 1, 3, 4, 5, 7 et 8. Ce groupe correspondait aux propriétés ferromagnétiques faibles avec de faibles valeurs de M _s et M _r . On sait que M _s dépend notamment de la cristallinité de l'échantillon. Cela a pu être vu dans les échantillons préparés à l'aide de pH 4, 5, 7 et 8, où la cristallinité a été réduite pour les échantillons, affichant ainsi des valeurs inférieures de M _s . De plus, la présence de 28,2% de α-Fe₂ O₃ une impureté en tant que phase secondaire a été détectée dans l'échantillon préparé en utilisant un pH de 8, réduisant la cristallinité de l'échantillon et par conséquent réduisant le M _s valeur. Même si les spectres XRD observés sur la figure 2 ont affiché un degré élevé de cristallinité pour les échantillons préparés à l'aide de pH 3, les faibles valeurs de propriétés magnétiques résultantes pourraient être soumises à une diminution de la densité (voir le tableau 1) en raison de la présence de pores, affectant ainsi le coercitivité dans l'échantillon. Depuis M _s est lié à H _c comme le montre l'éq. (5) [34], le M _s diminué lorsque le H _c augmenté.

Il est également connu que la porosité affecte le processus de magnétisation car les pores fonctionnent comme un générateur de champ démagnétisant [35].

Il est à noter que pH 2 et pH 6 sont tombés dans le deuxième groupe dans lequel les échantillons ont des paramètres d'hystérésis modérés (Fig. 8). Les échantillons de ce groupe présentaient une forme de boucle d'hystérésis similaire à celle du premier groupe mais avec des valeurs légèrement plus élevées de M _s et M _r . Le H _c les valeurs enregistrées pour les échantillons préparés à l'aide de pH 2 et pH 6 étaient respectivement de 6005,8 et 5377,0 Oe. Le M _s les valeurs de pH 2 et pH 6 ont été observées à 7,8 emu/g (226,2 emu/cm ³ ) et 7,0 emu/g (35,8 emu/cm ³ ), respectivement, alors que le M _r les valeurs de pH 2 et pH 6 ont été données respectivement à 4,9 emu/g et 4,4 emu/g. Même si une plus grande taille de grain était présente dans les échantillons, les valeurs enregistrées étaient encore faibles car la présence de grains allongés a été détectée (voir les cercles en pointillés rouges sur la Fig. 6c, g) dans les échantillons préparés à l'aide de pH 2 et 6. Étant donné qu'il est connu que la barrière énergétique d'anisotropie totale dépend des densités d'énergie d'anisotropie de volume et de surface, donc pour un volume donné d'une particule, la surface est plus pour les particules de forme allongée. Par conséquent, la contribution majeure de la surface à l'anisotropie effective et une augmentation de H _c est également attendue dans les particules allongées [36], réduisant ainsi le M _s .

Le troisième groupe a été détecté dans un seul échantillon préparé en utilisant un pH 0. Un écart significatif a été observé entre le deuxième et le troisième groupe, indiquant les propriétés changeantes des échantillons au sein de ce groupe, en particulier dans le M _s valeurs. La boucle d'hystérésis pour pH 0 a le plus grand M _s , M _r , et H _c avec les valeurs significatives de 44,19 emu/g (226,2 emu/cm ³ ), 27,59 emu/g et 6403,6 Oe respectivement. Généralement, le M _s valeurs pour SrFe₁₂ O₁₉ pourrait être compris entre 74 et 92 emu/g, qui sont souvent mesurés sous une forme monocristalline [8]. La valeur de M _s pour l'échantillon préparé à l'aide de pH 0 était relativement inférieur aux valeurs données et également avec des études précédemment rapportées qui étaient de 56 emu/g [37] et 53 emu/g [38], toutes deux synthétisées via la méthode sol-gel. On s'attend à ce que la valeur de M _s dans cette étude serait augmentée avec l'augmentation supplémentaire des températures de frittage. Cependant, le H _c valeur a montré une valeur relativement plus élevée que les études précédentes qui étaient de 5000 Oe [37] et 5 200 Oe [38], et selon Pullar [8], aucune valeur précise n'est donnée pour H _c car il varie trop selon les méthodes de traitement et la taille des grains. Pendant ce temps, aucune différence significative de M _r a été vu comme cela a été rapporté précédemment qui était de 30 emu/g [38]. Des boucles d'hystérésis dressées, plus grandes et bien définies ont pu être observées. Cela est dû au fort comportement ferromagnétique, résultant de la formation d'une fraction volumique élevée du SrFe cristallin complet₁₂ O₁₉ comme le montre la figure 2. Ainsi, une forte interaction des moments magnétiques dans les domaines s'est produite en raison des forces d'échange. Ce phénomène observé peut être considéré comme un magnétisme ordonné dans l'échantillon. En effet, afin d'obtenir un magnétisme ordonné et un M bien formé –H boucle d'hystérésis, il doit exister une formation de domaine importante, un champ d'anisotropie suffisamment fort, H _un , et les contributions d'addition facultatives qui proviennent de défauts tels que les joints de grains et les pores [39]. Il est intéressant de noter que les larges boucles de ce groupe signifient un stockage magnétique important ; ainsi, les échantillons possèdent des caractéristiques qui peuvent être utiles pour des applications pratiques [40].

Le H _c variation dans les Fig. 9a et 10 devraient mériter une mention :Le H _c est observé comme diminuant généralement à mesure que le pH augmente. La diminution de H _c avec l'augmentation du pH peut être attribué à la diminution de l'anisotropie magnétocristalline avec Fe ²⁺ anisotrope ions localisés sur un site 2a et l'agrandissement de la taille des grains et est évident dans les micrographies FESEM (Fig. 6). De plus, à pH 8, la coercivité H _c qui est de 5117,7 Oe a été enregistré en raison de la présence de 28,2 % de α-Fe₂ O₃ impureté (Fig. 2). La diminution de H _c était due à la présence d'impureté α-Fe₂ O₃ qui a affecté le joint cristallin et granulaire puisqu'il a été rapporté que le H _c could be affected by important parameters such as particle size, ion substitution, morphology, interface structure, crystal defects, magnetocrystalline anisotropy, and strain [41]. The squareness ratio, M _r /M _s , is calculated from the magnetic data and tabulated in Table 1. Generally, a large M _r /M _s value is preferred in many applications such as magnetic recording media of high density and permanent magnet [42]. The calculated M _r /M _s in this study was found to be in the range of 0.63 to 0.65, indicating that all the samples are predominantly in single magnetic domain structure [43]. M _r /M _s equal to or above 0.5 indicates that the particles are in the single magnetic domain and below 0.5 may be attributed to the formation of multidomain structure [43, 44].

un H _c et b M _s of SrFe₁₂ O₁₉ at varied pH sintered at 900 °C

Relation of H _c and grain size of SrFe₁₂ O₁₉ at varied pH sintered at 900 °C

Conclusions

Single-phase nanoparticles of SrFe₂ O₁₉ prepared using different pH were successfully synthesized by sol–gel method. The effects of structural, microstructural, and magnetic behavior of SrFe₂ O₁₉ were studied by modifying the pH values at the fix sintering temperature of 900 °C. From this study, it can be concluded that pH values play an important role in the formation of single-phase SrFe₁₂ O₁₉ which required pH not more than 7 and, by increasing pH from 0 to 3, the formation of SrFe₁₂ O₁₉ is favored. SEM micrographs exhibited a circular crystal type of SrFe₂ O₁₉ with average grain size in the range of 73 to 133 nm. The single-phase SrFe₂ O₁₉ with optimum magnetic properties are observed in sample prepared at pH 0 which displayed best in-plane saturation magnetization of 44.188 emu/g and remnant magnetization of 27.593 emu/g and with high coercivity of 6403.6 Oe.

Abréviations

ρ _exp :

Measured sample’s density

ρ _theory :

Theoretical density

ρ _w :

Density of water

ρ _xrd :

Density of XRD

a :

Lattice parameter

C:

Carbon

c :

Lattice parameter

C/N:

Citrate to nitrate

C₃ H₄ (OH)(COOH)₃ :

Citric acid

EDX :

Rayons X à dispersion d'énergie

Fe:

Iron

Fe(NO₃ )₃ :

Iron(III) nitrate

Fe₂ O₃ :

Hematite

FESEM:

Field emission scanning microscope

FTIR :

Fourier transform infrared

H:

Hydrogène

H _un :

Anisotropy field

H_c :

Coercivity

IR :

Infrarouge

K ₁ :

Anisotropy constant

M :

Molecular weight

M _r :

Remanence

M _r /M _s :

Squareness ratio

M_s :

Saturation magnetization

N:

Nitrogen

N _A :

Avogadro’s number

NH₃ :

Ammoniac

NH₄ OH:

Ammoniac

O:

Oxygen

P :

Porosity

Sr:

Strontium

Sr(NO₃ )₂ :

Strontium nitrate anhydrous granular

SrFe₁₂ O₁₉ :

Strontium ferrite

V _cell :

Volume cell

VSM :

Magnétomètre à échantillon vibrant

W _air :

Sample’s weight in air

W _water :

Sample’s weight in water

XRD :

Diffraction des rayons X