Construction et caractérisation des nano

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9048 (2023) Citer cet article

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Le talentueux ferrite diphasé/ferroélectrique BaTi0.7Fe0.3O3@NiFe2O4 (BFT@NFO) en nanomorphologie ovale a été synthétisé chimiquement à l'aide de processus sol-gel contrôlés et calciné à 600 °C. Les effets du blindage utilisant des nanoparticules NiFe2O4 (NFO) sur la microstructure, la transition de phase, la thermique et la permittivité relative de la nano-pérovskite BaTi0.7Fe0.3O3 (BTF) ont été systématiquement explorés. Les diagrammes de diffraction des rayons X et le logiciel Full-Prof ont montré la formation de la phase hexagonale BaTi2Fe4O11. Les images TEM et SEM ont démontré que le revêtement de BaTi0.7Fe0.3O3 a été contrôlé avec succès avec des formes nano-ovales exquises de NiFe2O4. Le blindage NFO peut améliorer considérablement la stabilité thermique et la permittivité relative des nanocomposites peromagnétiques BFT@NFO et abaisser la température de Curie. Des analyses thermogravimétriques et optiques ont été utilisées pour tester la stabilité thermique et estimer les paramètres optiques efficaces. Les études magnétiques ont montré une diminution de la magnétisation à saturation des NP NiFe2O4 par rapport à leur système global, attribuée au trouble du spin de surface. Ici, la caractérisation et le capteur électrochimique sensible ont été construits pour l’évaluation de la détection de l’oxydation du peroxyde à l’aide de nanocomposites nano-ovales chimiquement ajustés titanate de baryum-fer@nickel ferrite. Enfin, le BFT@NFO a présenté d'excellentes propriétés électrochimiques qui peuvent être attribuées à ce composé possédant deux composants actifs électrochimiques et/ou à la structure nano-ovale des particules qui peuvent encore améliorer l'électrochimie grâce aux états d'oxydation possibles et à l'effet synergique. Le résultat suggère que lorsque le BTF est protégé par des nanoparticules NFO, les propriétés thermiques, diélectriques et électrochimiques des nanocomposites nano-ovales BaTi0.7Fe0.3O3@NiFe2O4 peuvent être développées de manière synchrone. Ainsi, la production de nanosystèmes électrochimiques ultrasensibles pour la détermination du peroxyde d’hydrogène revêt une importance considérable.

Ces dernières années, les matériaux pérovskites ont été bien étudiés. Les matériaux ferroélectriques ABO3 les plus importants ont attiré une attention considérable en tant que catalyseurs en raison de leur stabilité géométrique et électronique, de leur résistance à la dissolution plus élevée dans les solutions aqueuses et non aqueuses et de leur rentabilité. Il existe de rares cas de composés multiferroïques cristallins dans lesquels le ferromagnétisme et la ferroélectricité coexistent à température ambiante1. En raison de leur application potentielle dans le domaine en développement du stockage d’informations, de la spintronique et des dispositifs de stockage à mémoire à états multiples, ces composés font actuellement l’objet d’études approfondies2,3. D'énormes tentatives ont été faites pour améliorer le ferromagnétisme et la ferroélectricité à température ambiante dans les céramiques pérovskites. Diverses approches sont en cours pour explorer la possibilité de synthétiser des matériaux présentant une efficacité multiferroïque supérieure. Une autre méthode possible de dopage magnétique consiste à utiliser des ions TM (métaux de transition) (Fe3+, Co2+, Ni2+, Mn2+, etc.) à travers des matériaux ferroélectriques4,5.

Une classe majeure de matériaux ferroélectriques qui présente un effet piézoélectrique et une permittivité diélectrique élevée pour les applications technologiques, telles que les transducteurs, les ondes acoustiques de surface (SAW) et les dispositifs à mémoire vive ferroélectrique (FeRAM)6. Dans la composition de la pérovskite ABO3, les deux cations (A et B), tandis que les atomes A sont plus nombreux que les atomes B. Les rayons ioniques de Fe3+ (0,645 Å) sont plus grands que ceux de Ti4+ (0,605 Å), tandis que Ba2+ a des rayons ioniques plus grands (1,35 Å). BTO a une configuration générale ABO3 dans laquelle les ions Ba2+ et O2− créent un réseau cubique compact avec des ions Ti4+ occupant les trous octaédriques générés par l'oxygène (O2−). La structure BaTiO3 présente un réseau tridimensionnel de coins TiO6 partageant un octaédrique avec les ions Ba2+ dans les cavités 12 fois entre les polyèdres. La disposition des atomes est connue sous le nom de réseau rapproché des ions A2+ et O2− ensemble7. Outre sa structure et sa taille, les propriétés du BTO dépendent de sa composition chimique. Dopé avec des éléments équivalents, le matériau pérovskite présente des caractéristiques électriques intéressantes pour le BaTiO3 basées sur les états chimiques des composants et la chimie de surface des spécimens. Cependant, le phénomène majeur de ces nanomatériaux est la substitution partielle des cations aux sites A et B d'ABO3 ainsi que leur capacité à préserver la stabilité de la structure cristalline d'états d'oxydation mixtes peu courants8,9. Un aspect intéressant des ions Ba, Ti, Fe et O dans les matériaux en vrac a été discuté concernant à la fois le déficit électronique et la toxicité de surface. Plusieurs études récentes ont été abordées sur la base de la spectroscopie photoélectronique pour l'analyse chimique (ESCA) du nanomatériau BaTiO3 calciné dopé aux ions Fe3+9,10,11,12. ESCA ou XPS est une technique morphologique de surface qui peut être utilisée pour obtenir des informations sur l'état chimique ou l'état de valence et des informations électroniques au niveau central pour l'élément constitutif9,10,11,12. Le BaTiO3 pur a une conductivité ionique plus faible et agit comme un isolant à température ambiante. Le modèle de défaut indique que la substitution du site Ti par les impuretés accepteurs est à l'origine de la formation de porteurs de charge et de lacunes en oxygène qui augmentent à la fois la conductivité ionique et électronique. Le porteur de charge dominant dépend des conditions de synthèse et de la quantité d'impuretés involontaires de l'accepteur et du donneur. Dans les céramiques BaTiO3, les ions Fe3+ remplacent généralement Ti4+, où les ions Fe3+ sont considérés comme ayant une valence 3 +. Par conséquent, une lacune en oxygène doit être créée pour préserver la neutralité de charge de la structure pérovskite (BaTi1-xFexO3-δ, lacune en δ-oxygène). Abdel Aal et coll. 2014 a préparé avec succès BaTi1-xFexO3 par sol-gel, où les ions trivalents (Fe3+) remplacent les ions tétravalents Ti4+ et créent une lacune en oxygène pour maintenir la neutralité de charge du composé13.