Proprietăți structurale, termice și magnetice ale filmelor subțiri nanocompozite PMMA ZnFe2O4
Text complet
Proprietăți structurale, termice și magnetice ale
PMMA-ZnFe
2
Oh
4
Filme subțiri nanocompozite
Teena James
Tomlal Jose E
, Subin P John
, Jacob Mathew
1, 2 Departamentul de chimie, colegiul S.B, Changanacherry, Kerala-686101, India
3, 4Moss Bauer Research Group, Departamentul de Fizică, S.B College, Changanacherry, Kerala-686101, India
Rezumat: Spinel ferită de zinc (ZnFe2Oh4) a fost preparat prin piroliză prin pulverizare utilizând precursorul polimerului de azotat de zinc, azotat feric și
alcool polivinilic (PVA). Nanoparticulele sunt apoi dispersate ultrasunet în soluție de PMMA și PMMA-ZnFe2Oh4
filmele nanocompozite au fost preparate prin metoda turnării cu solvent. ZnFe2Oh4 nanoparticule și PMMA-ZnFe2Oh4 nanocompozit
filmele au fost caracterizate folosind difracție de raze X (XRD), spectroscopie în infraroșu transformată Fourier (FT-IR), electron de transmisie microscopie (TEM), analiză termogravimetrică (TGA) și magnetometru cu probă vibrantă (VSM). Atât XRD, cât și FT-IR au a confirmat formarea nanocompozitului, iar imaginea TEM a dezvăluit că nanoparticulele erau bine dispersate în Matrice PMMA. Filmele nanocompozite au stabilitate termică de până la 3600C evidențiat din analiza TG. VSM măsurătorile efectuate pe filmul compozit au susținut natura superparamagnetică a PMMA-ZnFe2Oh4 film nanocompozit.
Cuvinte cheie: ZnFe2Oh4, PMMA, PMMA-ZnFe2Oh4 nanocompozit, microscop electronic cu transmisie (TEM), super paramagnetism.
Eu. INTRODUCERE
Nanoparticulele magnetice au primit o mare atenție în prezent datorită potențialelor aplicații comerciale ale acestora în fero-fluide,
materiale magnetice avansate, catalizatori, [1-3] separare biomagnetică, biosensibilitate magnetică, imagistică prin rezonanță magnetică (RMN),
echipamente electronice etc. [4-6] Printre diferitele nanomateriale magnetice, feritele metalelor de tranziție (MFe2O4) au devenit un important
grup de materiale tehnologice datorită proprietăților lor, cum ar fi rezistență electrică ridicată, stabilitate chimică ridicată, magnetizare la saturație ridicată, pierderi reduse de curent turbionar, pierderi dielectrice scăzute, ușurință în pregătire, preț și considerații de performanță etc. Aceste proprietăți le-au făcut potrivite pentru multe aplicații în dispozitive magnetice, mecanice, electronice, catalitice și cu microunde.
[7-13] Dintre feritele de spinel, ZnFe2O4 este cel mai studiat sistem. Forma cristalină în vrac a ZnFe2O4 este un spinel normal în care
Ionii Zn2 + ocupă siturile tetraedrice (situl A) și ionii Fe3 + ocupă siturile octaedrice (situl B) și este un magnet antiferro ordonat
sub 10K. Cu toate acestea, nanocristalinul ZnFe2O4 are o structură parțial inversată a spinelului care poate fi reprezentată prin formula
[ZnδFe1-δ] A [Zn1-δFe1 + δ] BO4 unde δ este parametrul de inversare și sunt ordonate ferimagnetic la temperatură ridicată și ridicată
moment magnetic. [14] Proprietățile nanoparticulelor de ferită depind în mare măsură de calitatea, structura și metoda de preparare a acestora. Mărimea particulelor, cristalinitatea și morfologia pulberilor influențează în mare măsură proprietățile materialului de ferită și pot fi controlate prin condiții de reacție variate. S-a constatat că nanoparticulele de ferită cu compoziție similară preparate de
diferite metode au proprietăți magnetice diferite. [14] De asemenea, datorită interacțiunilor dipolare anizotrope, nanoparticulele de ferită
tind să se agregeze pentru a forma clustere neomogene care la rândul lor afectează negativ proprietățile lor magnetice. Astfel, prevenirea aglomerării nanoparticulelor este un factor important în determinarea calității nanoparticulelor de ferită. Mai multe metode, cum ar fi încapsularea nanoparticulelor cu agenți tensioactivi, tratamente chimice, dispersia în matrici polimerice etc. au fost folosite pentru a evita aglomerarea nanoparticulelor. [15] Nanoparticulele de ferită încorporate în matricea polimerică oferă alte câteva avantaje. Compozitele din polimer de ferită îmbunătățesc gama de frecvență a operațiilor, capacitatea de manipulare a puterii și sensibilitatea la temperatură a dispozitivelor de ferită. Proprietățile nanocompozitului depind de proprietățile ambilor constituenți, adică; proprietățile nanoparticulelor de ferită, precum și ale polimerului. [9] Interacțiunea la interfața polimer-ferită influențează, de asemenea, proprietățile materialelor compozite. Nanocompozitele polimer-ferită au, prin urmare, proprietăți mecanice specifice, o bună formabilitate, rezistență etc. care le fac să pregătească dispozitive magnetice complexe. [16] În lucrarea de față, ZnFe2O4
nanoparticulele sunt preparate prin metoda pirolizei prin pulverizare. Suspensia de nanocompozit PMMA-ZnFe2O4 este preparată prin solvent
metodă în care cantitățile adecvate de nanoparticule ZnFe2O4 sunt dispersate în soluția PMMA prin ultrasunete.
soluția rezultată este apoi turnată pe o cutie Petri din sticlă curată pentru prepararea filmelor subțiri nanocompozite PMMA-ZnFe2O4.
II. MATERIALE ȘI METODE
A. Materiale
Poli metacrilatul de metil (PMMA) a fost folosit ca gazdă polimerică, ferita de zinc (ZnFe2O4) ca material de umplere magnetic și
tetrahidrofuran (THF) ca solvent. PMMA cu greutate moleculară medie de 550000 g/mol a fost achiziționat de la Alfa Aesar și este utilizat așa cum a fost primit. THF a fost cumpărat de la Merck. Nanoparticulele de ferită de zinc au fost sintetizate prin piroliza prin pulverizare a soluției de precursor de polimer care a fost preparată utilizând azotat de zinc (Merck), azotat feric (Merck) și alcool polivinilic (PVA, Merck) ca materii prime.
B. Prepararea nanoparticulelor de ferită de zinc
Nanoparticulele de ferită de zinc au fost sintetizate prin piroliza prin pulverizare a soluției de precursor de polimer. Pentru a prepara soluția precursoră de ferită de zinc, cantități adecvate de azotat de zinc și azotat feric au fost luate într-o soluție apoasă de PVA care împiedică aglomerarea ionilor metalici acolo asigurând distribuția omogenă a ionilor metalici în soluție. Piroliza prin pulverizare a soluției vâscoase rezultate din PVA-nitrați metalici rezultată la 1300C urmată de recoacere la 3500C timp de 20 de minute produce ferită de zinc
C. Pregătirea filmelor subțiri compozite nano PMMA-ZnFe2O4
Soluția de nanocompozit PMMA-ZnFe2O4 a fost preparată prin metoda solventului. O soluție de 2% de PMMA a fost preparată prin dizolvare
cantitate adecvată de PMMA în THF și agitată magnetic timp de câteva ore la 450C pentru a obține o soluție omogenă.
Suspensia de nanocompozit polimeric a fost apoi preparată prin dispersarea cantităților adecvate de nanoparticule de ZnFe2O4 în
la soluția de polimer prin ultrasunetare. Acest lucru a dus la distribuția omogenă a nanoparticulelor în matricea polimerică. Suspensia de nanoparticule rezultată a fost apoi aruncată pe o cutie Petri din sticlă curată și este lăsată să se usuce în aer timp de două zile