Mössbauer study of iron oxide nanoparticles
Creators: name: Καρρά, Χριστίνα Παναγιώτη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Οξείδια σιδήρου
Φερρίτες κοβαλτίου με σπάνια γαία
Νανοσωματίδια
Fe oxides
Rare-earth substituted cobalt ferrites
Nanoparticles

description: This thesis revolves around the study of rare-earth (RE) substituted cobalt ferrites by means of Mössbauer Spectroscopy, aiming to establish the impact of annealing on the incorporation of rare-earth elements in the spinel lattice. Pure cobalt ferrite nanoparticles as well as RE substituted ones have been synthesized by co-precipitation method. The samples are CoFe2-xRExO¬4 type ferrites, where RE=Yb, Gd, Dy and x=0.05, 0.1, 0.2, 0.3. Zero-field room temperature Mössbauer spectra were recorded using a conventional spectrometer in transmission geometry. The two characteristic sextets of a spinel were included in all fitting models and were accompanied by one or more quadrupolar doublets and an additional sextet whenever superparamagnetic particles or secondary phases were present. All isomer shift values lie within the range indicative of ferric ion and quadrupole splitting values strongly suggest that the substitution takes place in octahedral sites, as has previously been reported. In CoFe1.7Yb0.3O4, CoFe1.9Gd0.1O4 and CoFe1.7Gd0.3O4 the orthoferrites YbFeO3 and GdFeO3 covered 21.3%, 12.29% and 34.73% of the total subspectral area, respectively. The cation distribution was estimated from the ratio of the two sextet areas IA/IB. The inversion parameter decreased with increasing RE content, from 0.44 for CoFe1.95Dy0.05O4 to 0.30 for CoFe1.7Gd0.3O4, while 0.50 was that of the pure cobalt ferrite. All doped samples underwent annealing at 1250°C for 12 hours in ambient air. That eliminated any signs of secondary phases and the doublet area seemed to diminish almost consistently when x values were raised. Lastly, the degree of inversion is higher for the annealed samples, however still displaying the same descending trend from 0.56 for CoFe1.95Yb0.05O4 to 0.25 for CoFe1.7Gd0.3O4. Fluctuations of the magnetic hyperfine field at octahedral sites once again confirmed the statement of RE3+ ions occupying B-sites.
description: Η παρούσα εργασία πραγματεύεται τη μελέτη φερριτών κοβαλτίου με πρόσμιξη σπανίων γαιών (RE) με τη βοήθεια φασματοσκοπίας Mössbauer, με στόχο τον προσδιορισμό της επίδρασης της ανόπτησης στην ενσωμάτωση των ιόντων της σπάνιας γαίας στο πλέγμα του σπινελίου. Η σύνθεση των υποκατεστημένων και μη νανοσωματιδίων φερρίτη κοβαλτίου έγινε με τη μέθοδο της συγκαταβύθισης. Τα δείγματα είναι φερρίτες τύπου CoFe2-xRExO4, όπου RE = Yb, Gd, Dy και x = 0.05, 0.1, 0.2, 0.3. Τα φάσματα Mössbauer καταγράφηκαν σε θερμοκρασία δωματίου και χωρίς την επίδραση πεδίου, χρησιμοποιώντας ένα συμβατικό φασματόμετρο σε γεωμετρία διέλευσης. Οι δύο χαρακτηριστικές sextets του σπινέλιου συμπεριελήφθησαν σε όλα τα μοντέλα του fitting και συνοδεύονταν από μία ή περισσότερες doublets και μία επιπλέον sextet στις περιπτώσεις που υπήρχαν υπερπαραμαγνητικά σωματίδια ή δευτερογενείς φάσεις. Όλες οι τιμές ισομερούς μετατόπισης βρίσκονται εντός του εύρους που είναι ενδεικτικό της ύπαρξης ιόντων τρισθενούς σιδήρου, ενώ οι τιμές της τετραπολικής αλληλεπίδρασης υποδηλώνουν έντονα ότι η υποκατάσταση λαμβάνει χώρα σε οκταεδρικές θέσεις, όπως έχει υποστηριχθεί και στο παρελθόν. Στα δείγματα CoFe1.7Yb0.3O4, CoFe1.9Gd0.1O4 και CoFe1.7Gd0.3O4 οι ορθοφερρίτες YbFeO3 και GdFeO3 καταλαμβάνουν 21.3%, 12.29% και 34.73% του συνολικού εμβαδού, αντίστοιχα. Η κατανομή των κατιόντων εκτιμήθηκε από την αναλογία των εμβαδών των δύο sextets ΙΑ/ΙΒ. Η παράμετρος αντιστροφής του σπινελίου μειώνεται με την αύξηση του ποσοστού RE, από 0.44 για το CoFe1.95Dy0.05O4 έως 0.30 για το CoFe1.7Gd0.3O4, ενώ του καθαρού φερρίτη κοβαλτίου ήταν 0.50. Όλα τα δείγματα που περιείχαν σπάνια γαία υποβλήθηκαν σε ανόπτηση στους 1250°C για 12 ώρες σε ατμοσφαιρικό αέρα. Έτσι, εξαλείφθηκαν τυχόν ίχνη δευτερογενούς φάσης και το εμβαδόν της doublet φάνηκε να μειώνεται σχεδόν σταθερά με την αύξηση του x. Τέλος, ο βαθμός αντιστροφής είναι υψηλότερος για τα ανοπτημένα δείγματα, ωστόσο εξακολουθεί να εμφανίζει την ίδια πτωτική τάση από 0.56 για CoFe1.95Yb0.05O4 σε 0.25 για CoFe1.7Gd0.3O4. Οι διακυμάνσεις του υπέρλεπτου μαγνητικού πεδίου στις οκταεδρικές θέσεις επιβεβαίωσαν και πάλι την κατάληψη οκταεδρικών θέσεων από τα ιόντα RE3+.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)