Islak öğütme yöntemi ile metalik demir ve kobalttan hazırlanmış CoFe2O4 nanoyapılarda doyum manyetizasyonunun yapıya bağlı değişimi

ozcan, sadan; Toprak, Ahmet; Kaynar, Mehmet Burak

doi:10.17341/gazimmfd.460506

Islak öğütme yöntemi ile metalik demir ve kobalttan hazırlanmış CoFe2O4 nanoyapılarda doyum manyetizasyonunun yapıya bağlı değişimi

Mehmet Burak KAYNAR, (Hacettepe Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Fizik Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)

Ahmet TOPRAK, (Bilkent Üniversitesi, Nanoteknoloji Araştırma Merkezi, Ankara, Türkiye)

Sadan OZCAN (Hacettepe Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Fizik Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi

0 0

Yıl: 2019 Cilt: 34 Sayı: 2 Sayfa Aralığı: 1101 - 1108 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.460506 İndeks Tarihi: 30-12-2020

Islak öğütme yöntemi ile metalik demir ve kobalttan hazırlanmış CoFe2O4 nanoyapılarda doyum manyetizasyonunun yapıya bağlı değişimi

Öz:

Nano-kristal kobalt-ferrit (CoFe2O4) örnekler ıslak mekanik öğütme/tavlama yöntemi ile metalik demir (Fe)ve kobalt (Fe) kullanılarak hazırlanmıştır. 7500C de tavlanan örnekler, 12 saate kadar kuru öğütme yapılarak,öğütme süresinin yapısal ve manyetik özelliklere etkisi irdelenmiştir. Örneklerin ortalama kristalitbüyüklükleri x-ışını toz difraksiyon (X-RD) desenlerinden Rietveld analiz programı (MaudLab) yardımıylahesaplanmıştır. Sonuçlar tavlanmış örnekte kristalit büyüklüğünün 60 nm olduğunu ve 12 saat kuruöğütmeyle birlikte 12 nm’ye kadar düştüğünü göstermektedir. Ancak örneklerin geçirmeli elektronmikroskobu (TEM) görüntülerinde birleşmeler olmuş nano-kristalitler gözlenmiştir. Rietveld analizleriayrıca kuru öğütme sırasında oluşan kristal kusurları nedeniyle örneklerdeki mikro-gerilmenin 12 saat kuruöğütmeyle berber 2 x 10-4‘den 1.4 x 10-3’e çıktığı hesaplanmıştır. Co+2 iyonları için elektron bağlanmaenerjileri x-ışını foto-elektron tayf-ölçümü (XPS) ile belirlenerek, inversiyon katsayıları belirlenmiş vehacim başına düşen manyetik momentleri hesaplanmıştır. Hesaplanan hacim başına düşen manyetikmomentleri öğütme ile birlikte 4,87 µB’dan 6,17 µB’a artarken, oda sıcaklığı titreşimli örnek manyetometresi(VSM) ölçümleri öğütme süresi arttıkça doyum manyetizasyonunun 125 emu g-1’dan 57 emu g-1’e düştüğünügöstermiştir.

Anahtar Kelime:

Saturation magnetization change with structure in CoFe2O4 nanostructures prepared from metallic iron and cobalt by wet grinding method

Öz:

Nanocrystalline cobalt ferrite (CoFe2O4) has been synthesized directly from metallic cobalt (Co) and iron (Fe) via wet-milling followed by calcination. The calcination took place in atmosphere at 750 ◦C. After calcination, samples were dry-milled for up to 12 h to investigate the effects of their mean crystallite sizes and microstress on their magnetic properties. The mean crystallite sizes of the samples were calculated from X-ray powder diffraction (XRD) patterns using a Rietveld analysis program (MaudLab). Results show that the calcined sample had a crystallite size of around 60 nm, which decreased to 12 nm after 12 h of drymilling. However, agglomerated nanocrystallites were observed in the transmission electron microscopy (TEM) images of the material. Rietveld analysis also shows an increase in microstrain from 2 x 10-4 to 1.4 x 10-3 after increasing the dry-milling time to 12 h due to crystal defects induced by collisions while drymilling. The electron binding energies of the Co+2 were measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) to determine the degree of inversion, which was used to calculate the saturation magnetization. Vibrating sample magnetometer (VSM) measurements revealed that milling decreased the saturation magnetization from 125 emu g-1 to 57 emu g-1 even the calculated saturation magnetization increased from 4.87 µB to 6.17 µB.

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

1. Fujiwara T, Barium Ferrite Media for perpendicular Recording, IEEE T Magn, 21, 1480-1485, 1985.
2. Pankhurst Q.A., Connolly J., Jones S. K., Dobson J., Applications of magnetic nanoparticles in biomedicine, J. Phys. D: Appl. Phys. 36, R167–R181, 2003.
3. Tirosh E, Shemer G, Markovich G., Optimizing cobalt ferrite nanocrystal synthesis using a magneto-optical probe Chem. Matter. 18, 465-470, 2006
4. Yen S. K., Padmanabhan P., Selvan S. T., Multifunctional Iron Oxide Nanoparticles for Diagnostics, Therapy and Macromolecule Delivery, Theranostics, 3, 986–1003, 2013.
5. Tartaj P., Nanomagnets-from Fundamentals physics to biomedicine, Curr. Nanosci. 2, 43-53, 2006.
6. Pankhurst Q A, Connoly J, Jones S K, Dobson J, Applications of magnetic nanoparticles in biomedicine J. Phys. D: Appl. Phys. 36, 167-181, 2003.
7. Ramos A. V., Room temperature spin filtering in epitaxial cobalt-ferrite tunnel barriers Appl. Phys. Lett. 91, 122107, 2007.
8. Giri A.K., Photomagnetism and structure in cobalt ferrite nanoparticles, Appl. Phys. Lett. 80, 2341, 2002.
9. Martens J.W.D., Peeters W.L., Van Noort H.M., Errnan M., Optical, magneto-optical and mössbauer spectroscopy on Co3+ substituted cobalt ferrite Co2+Fe2−xCo3+xO4(0 ⩽ x ⩽ 2), J. Phys. Chem. Solids 46, 411-416, 1985.
10. Okuno S.N., Hashimoto S., Inomata K., Preferred crystal orientation of cobalt ferrite thin films induced by ion bombardment during deposition, J. Appl. Phys. 71, 5926, 1992.
11. Evtihiev N.N., Economov N.A., Krebs A.R., Zamjatina N.A., Co-ferrite New magnetooptic recording material, IEEE Trans. Magn. 12, 773, 1976.
12. Valenzuela R., Magnetic Ceramics, Cambridge University Press, Cambridge, 1994.
13. Patil K. C., Manoharan S. S., Gajapathy D., Cheremisino N.P., Handbook of Ceramics and Composites, Synthesis and Properties vol. 1, Marcel Dekker Inc., New York, 1990.
14. Costa A.C.F.M., Ni–Zn–Sm nanopowder ferrites: Morphological aspects and magnetic properties, J. Magn. Magn. Mater. 320, 742, 2008.
15. Cullity B. D., Introduction to Magnetic Materials, Wiley, New Jersey, 2009.
16. Haneda K, Morrish A.H., Noncollinear magnetic structure of CoFe2O4 small particles, J. Appl. Phys. 63, 4258, 1988.
17. Goodenough J.B., Loeb A.L., Theory of Ionic Ordering, Crystal Distortion, and Magnetic Exchange Due to Covalent Forces in Spinels, Phys. Rev. 98, 391, 1955.
18. Chinnasamy C.N., Mixed spinel structure in nanocrystalline NiFe2O4, Phys. Rev. B, 63, 184108, 2001.
19. Sebastian M.D.J., Rudraswamy B., Radhakrishna M.C., Mössbauer effect studies and X-ray diffraction analysis of cobalt ferrite prepared in powder form by thermal decomposition method, Bull. Mater. Sci., 26, 509–515, 2003.
20. Maaz K., Mumtaz A., Hasanain S.K., Ceylan A., Synthesis and magnetic properties of cobalt ferrite (CoFe2O4) nanoparticles prepared by wet chemical route J. Magn. Magn. Mater. 308, 289-295, 2007.
21. Hanh H., Quy O.K., Thuy N.P., Tung L.D., Spinu L., Synthesis of cobalt ferrite nanocrystallites by the forced hydrolysis method and investigation of their magnetic properties Physica B 327, 382–384, 2003.
22. Thang P. D., Rijnders G., Dave H.A. Blank Spinel cobalt ferrite by complexometric synthesis J. Magn. Magn. Mater 295, 251–256, 2005.
23. Bensebaa N, Alleg S., Greneche J.M., Phase transformations of mechanically alloyed Fe–Cr–P–C powders J. Alloys Compd. 393, 194, 2005.
24. Zhang B., Li Z.Q., Synthesis of vanadium carbide by mechanical alloying J. Alloys Compd. 392, 214, 2005.
25. Rico M. M., Greneche J. M., Alcazar G. A. P., Effect of boron on structural and magnetic properties of the Fe60Al40 system prepared by mechanical alloying J. Alloys Compd., 398, 26-32, 2005.
26. Vijay R., Sundaresan R., Maiya M.P., Murthy S.S., Comparative evaluation of Mg–Ni hydrogen-absorbing materials prepared by mechanical alloying Int. J. Hydrogen Energy 30, 501, 2005.
27. Varin R.A., Chiu Ch., Structural stability of sodium borohydride (NaBH4) during controlled mechanical milling J. Alloys Compd. 397, 276–281, 2005.
28. Poleti D., Karanovic L., Zdujic M., Jovalekic C., Brankovic Z., Mechanochemical synthesis of γ-Bi2O3 Solid State Sci. 6, 239, 2004.
29. Tsuzuki T., McCormick P., ZnO nanoparticles synthesised by mechanochemical processing Scripta Mater. 44, 1731, 2001.
30. Janot R., Guerard D., One-step synthesis of maghemite nanometric powders by ball-milling J. Alloys Compd. 333, 302, 2002.
31. Ozcan S., Kaynar, M. B., Can M. M., Fırat T., Mat. Sci and Eng. B, 121, 278–281, 2005.
32. Şimşek T., Akansel S., Özcan Ş., Ceylan A., Synthesis of MnFe2O4 nanocrystals by wet milling under atmospheric conditions, Cer. Int. 40, 7953–7956, 2014.
33. Avar B., Ozcan Ş., Structural evolutions in Ti and TiO2 powders by ball milling and subsequent heat-treatments, Cer. Int., 40, 11123–11130, 2014.
34. Kaynar M. B., Özcan Ş., Shah S. I., Synthesis and magnetic properties of nanocrystalline BaFe12O19 Cer. Int. 41, 11257–11263, 2015.
35. Eshraghi M., Kameli P., Magnetic properties of CoFe2O4 nanoparticles prepared by thermal treatment of ball-milled precursors, Current Applied Physics 11, 476-481, 2011.
36. Sani R., Beitollahi A., Maksimov Y. V., Suzdalev I. P., Synthesis, phase formation study and magnetic properties of CoFe2O4 nanopowder prepared by mechanical milling J Mater Sci., 42, 2126–2131, 2007.
37. Manova E., Kunev B., Paneva D., Mitov I., Petrov L., Mechano-Synthesis, Characterization, and Magnetic Properties of Nanoparticles of Cobalt Ferrite, CoFe2O4, Chem. Mater. 16, 5689-5696, 2004.
38. Šepelák V., Baabe D., Litterst F.J., Becker K.D., Structural disorder in the high-energy milled magnesium ferrite J. Applied Physics, 88, 5884, 2000.
39. Cedeño-Mattei Y., Perales-Perez O., Uwakweh O. N.C., Show more Effect of high-energy ball milling time on structural and magnetic properties of nanocrystalline cobalt ferrite powders, J. Magn. Magn. Mater, 341, 17– 24, 2013.
40. Jeppson P. at al. Cobalt ferrite nanoparticles: Achieving the superparamagnetic limit by chemical reduction J. App. Phys. 87, 6223, 2000.
41. Wang W. P., Yang H., Xian T., Jiang J. L., XPS and Magnetic Properties of CoFe2O4 Nanoparticles Synthesized by a Polyacrylamide Gel Route, Mater Trans 53,1586-1589, 2012.
42. Wang J., Sun J., Sun Q., Chen Q., One-step hydrothermal process to prepare highly crystalline Fe3O4 nanoparticles with improved magnetic properties, Mater. Res. Bull. 38, 1113-1118, 2003.
43. Lyubutin I.S., Canted spin structure and the first order magnetic transition in CoFe2O4 nanoparticles coated by amorphous silica J. Magn. Magn. Mater, 415, 13-19, 2016
44. Rao K.S., Choudary GSVRK, Rao K.H., Sujatha Ch., Structural and Magnetic properties of Ultrafine CoFe2O4 Nanoparticles Pro Mater Sci. 10, 19 – 27, 2015.
45. Peddis D., Interparticle Interactions and Magnetic Anisotropy in Cobalt Ferrite Nanoparticles: Influence of Molecular Coating Chem. Mater. 24, 1062−1071, 2012.
46. Ponce A.S. at. al. High coercivity induced by mechanical milling in cobalt ferrite powders J. Magn. Magn. Mater 344, 182-187, 2013.

APA	Kaynar M, Toprak A, ozcan s (2019). Islak öğütme yöntemi ile metalik demir ve kobalttan hazırlanmış CoFe2O4 nanoyapılarda doyum manyetizasyonunun yapıya bağlı değişimi. , 1101 - 1108. 10.17341/gazimmfd.460506
Chicago	Kaynar Mehmet Burak,Toprak Ahmet,ozcan sadan Islak öğütme yöntemi ile metalik demir ve kobalttan hazırlanmış CoFe2O4 nanoyapılarda doyum manyetizasyonunun yapıya bağlı değişimi. (2019): 1101 - 1108. 10.17341/gazimmfd.460506
MLA	Kaynar Mehmet Burak,Toprak Ahmet,ozcan sadan Islak öğütme yöntemi ile metalik demir ve kobalttan hazırlanmış CoFe2O4 nanoyapılarda doyum manyetizasyonunun yapıya bağlı değişimi. , 2019, ss.1101 - 1108. 10.17341/gazimmfd.460506
AMA	Kaynar M,Toprak A,ozcan s Islak öğütme yöntemi ile metalik demir ve kobalttan hazırlanmış CoFe2O4 nanoyapılarda doyum manyetizasyonunun yapıya bağlı değişimi. . 2019; 1101 - 1108. 10.17341/gazimmfd.460506
Vancouver	Kaynar M,Toprak A,ozcan s Islak öğütme yöntemi ile metalik demir ve kobalttan hazırlanmış CoFe2O4 nanoyapılarda doyum manyetizasyonunun yapıya bağlı değişimi. . 2019; 1101 - 1108. 10.17341/gazimmfd.460506
IEEE	Kaynar M,Toprak A,ozcan s "Islak öğütme yöntemi ile metalik demir ve kobalttan hazırlanmış CoFe2O4 nanoyapılarda doyum manyetizasyonunun yapıya bağlı değişimi." , ss.1101 - 1108, 2019. 10.17341/gazimmfd.460506
ISNAD	Kaynar, Mehmet Burak vd. "Islak öğütme yöntemi ile metalik demir ve kobalttan hazırlanmış CoFe2O4 nanoyapılarda doyum manyetizasyonunun yapıya bağlı değişimi". (2019), 1101-1108. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.460506

APA	Kaynar M, Toprak A, ozcan s (2019). Islak öğütme yöntemi ile metalik demir ve kobalttan hazırlanmış CoFe2O4 nanoyapılarda doyum manyetizasyonunun yapıya bağlı değişimi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34(2), 1101 - 1108. 10.17341/gazimmfd.460506
Chicago	Kaynar Mehmet Burak,Toprak Ahmet,ozcan sadan Islak öğütme yöntemi ile metalik demir ve kobalttan hazırlanmış CoFe2O4 nanoyapılarda doyum manyetizasyonunun yapıya bağlı değişimi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 34, no.2 (2019): 1101 - 1108. 10.17341/gazimmfd.460506
MLA	Kaynar Mehmet Burak,Toprak Ahmet,ozcan sadan Islak öğütme yöntemi ile metalik demir ve kobalttan hazırlanmış CoFe2O4 nanoyapılarda doyum manyetizasyonunun yapıya bağlı değişimi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.34, no.2, 2019, ss.1101 - 1108. 10.17341/gazimmfd.460506
AMA	Kaynar M,Toprak A,ozcan s Islak öğütme yöntemi ile metalik demir ve kobalttan hazırlanmış CoFe2O4 nanoyapılarda doyum manyetizasyonunun yapıya bağlı değişimi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2019; 34(2): 1101 - 1108. 10.17341/gazimmfd.460506
Vancouver	Kaynar M,Toprak A,ozcan s Islak öğütme yöntemi ile metalik demir ve kobalttan hazırlanmış CoFe2O4 nanoyapılarda doyum manyetizasyonunun yapıya bağlı değişimi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2019; 34(2): 1101 - 1108. 10.17341/gazimmfd.460506
IEEE	Kaynar M,Toprak A,ozcan s "Islak öğütme yöntemi ile metalik demir ve kobalttan hazırlanmış CoFe2O4 nanoyapılarda doyum manyetizasyonunun yapıya bağlı değişimi." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34, ss.1101 - 1108, 2019. 10.17341/gazimmfd.460506
ISNAD	Kaynar, Mehmet Burak vd. "Islak öğütme yöntemi ile metalik demir ve kobalttan hazırlanmış CoFe2O4 nanoyapılarda doyum manyetizasyonunun yapıya bağlı değişimi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 34/2 (2019), 1101-1108. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.460506