تأثیر دمای پخت بر خواص ساختاری و نوری فریت بیسموتBiFeO3

موسوی قهفرخی, سید ابراهیم; رحیمی لرکی, محمد; کاظمی نژاد, ایرج

doi:10.22055/jrmbs.2019.14600

تأثیر دمای پخت بر خواص ساختاری و نوری فریت بیسموتBiFeO3

نوع مقاله : مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

¹ عضو هیأت علمی

² گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه شهید چمران، اهواز، ایران

³ عضو هیات علمی

10.22055/jrmbs.2019.14600

چکیده

چکیده
در این مقاله، نانوذرات فریت بیسموت (BiFeO3) به روش سل-ژل تهیه شدند. برای پی‌بردن به گسترۀ دمایی پخت نانوذرات فریت بیسموت آنالیز توزین حرارتی (TGA) و آنالیز حرارتی تفاضلی(DTA) بر روی ژل خشک آن انجام شد. به‌منظور بررسی خواص ساختاری و نوری نمونه‌ها با استفاده از نتایج آنالیزهای حرارتیTGA و DTA عملیات پخت در دماهای 600، 650، 700، 750، 800 و °C850 انجام شد. سپس خواص ساختاری نمونه‌ها با آنالیزهای پراش اشعه ایکس (XRD)، طیف-سنجی تبدیل فوریه-مادون قرمز(FT-IR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی(FESEM) مورد بررسی قرار گرفت. خواص نوری نمونه‌ها با آنالیزهای طیف‌سنجی مرئی-فرابنفش (UV-Vis) و اندازه‌گیری طیف فوتولومینسانس(PL) مورد مشخصه‌یابی قرار گرفت. نتایج آنالیز XRD و FT-IR نشان می‌دهد که نمونه‌ها دارای ساختار پرووسکایت اعوجاج یافته می-باشند. نتایج آنالیزFESEM نشان داد که با افزایش دمای پخت اندازۀ نانوذرات افزایش می‌یابد. هم‌چنین نتایج آنالیزهایUV-Vis و PL نیز نشان می‌دهند نمونه‌ها دارای گاف انرژی در حدود (ev)2 بوده و نیمرسانا هستند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of annealing temperature on the structural and optical properties bismuth ferrite (BiFeO3) nanoparticle

نویسندگان [English]

ٍٍSeyed Ebrahim Mousavi Ghahfarokhi ¹
Mohammad Rahimi |Larki ²
Iraj Kazeminezhad ³

¹ Department of Physics, Faculty of Science, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran

² Department of Physics, Faculty of Science, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran

³ Department of Physics, Faculty of Science, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran

چکیده [English]

Abstract
In this article‚ bismuth ferrite nanoparticles (BiFeO3) were prepared by sol-gel method. To determine the sintering temperature range of bismuth ferrite nanoparticles, thermogravimetric analysis (TGA) and differential thermal analysis (DTA) were performed on its dry gel. In order to improve structural and optical properties, samples sintered at temperatures of 600‚ 650,700,750, 800 and 850 °C. Then‚ structural and optical properties of the samples have been investigated of by X-ray diffraction (XRD)‚ Fourier transform-infrared spectroscopy (FT-IR),Field emission scanning electron microscopy (FESEM)‚ Ultraviolet-visible spectroscopy analysis (UV-Vis) and Photoluminescence analysis (PL). The result of XRD and FT-IR analysis showed that samples have distorted perovskite structure. FESEM images indicated that by increasing sintering temperature‚ the size of nanoparticles increases. UV-Vis and PL analysis showed that samples are semiconductor and have an energy gap of about 2 (ev).

کلیدواژه‌ها [English]

BiFeO3
Nanoparticles
sol-gel method
structural properties
optical properties

مراجع

]1[ س.ا. موسوی قهفرخی، ن. حیدری، م. زرگر شوشتری، بررسی نسبت مولی اسیدسیتریک بر خواص ساختاری، مغناطیسی و دی‌الکتریکی نانوساختارهای SrNi₂Fe₁₆O₂₇، مجلة پژوهش سیستم‌های بس‌ذره‌ای،11 (1395) 48-35.

[1] S.E. Mousavi Ghahfarokhi, N. Heidary, M. Zargar Shoushtari, Investigating molar ratio of citric acid on the strucstural, magnetic and dielectric properties of SrNiFe₁₆O₂₇ nanostructures, Journal of Research on Many-body Systems 6 (2016) 35-48.

[2] W. Eerenstien, N.D. Mathur, J.F. Scott, Multiferroic and magnetoelectric materials, Journal of Natural Materials442 (2006) 759-765.

[3] F. Kubel, H. Schmid, Structure of a ferroelectric and ferroelastic mono domain crystal of the perovskite BiFeO₃, Journal ofActa CrystallographyB46 (1990) 698-702.

]4[م. رضایی، د. ثانوی خشنود، ا. دهقان، بررسی خواص ساختاری و مغناطیسی نانوذرات فریت بیسموت با جانشانی دوگانه لانتانیوم و ایتریم، مجلة بلورشناسی و کانی شناسی ایران، 3 (1395)، 572-563.

[4] M. Rezaee, D. Sanavi Khoshnud, E. Dehghani, Investigating structural and magnetic nanoparticles of the bismuth ferrite with co-doped La and Y, Iranian Journal of Crystallography and Minneralogy 3 (2016) 567-572.

[5] C. Gustau, J.F. Scott, Physics and application of bismuth ferrite, Journal of Advanced Materials 21 (2009) 2463-2485.

[6] J.P. Velev, S.S. Jaswal, E.Y. Tsymbal, Multi-ferroic and magnetoelectric materials and interfaces, journal of PhilosophicalTransactions of the Royal Society A 369 (2011) 3069-3097.

]7[ م.ح. بصیری، تأثیر افزودن عنصر لانتانیوم بر ویژگی‌های ساختاری، الکتریکی و مغناطیسی نانوذرات تولید شدۀ فریت بیسموت به‌روش هم‌رسوبی، پایان‌نامۀ کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شیراز، (1391).

[7] M.H. Basiri, The effect of adding an element La on the structural, electric and manetic parpred bismuth ferrite nanoparticles by a co-precipitation method, Master Thesis, Technology University of Shiraz (2012).

[8] H. Schmid, Multi-ferroic magneto electrics, Ferro1621 (1994) 317-338.

]9[ س. محمدی، بررسی خواص ساختاری، مغناطیسی و الکتریکی نانوذرات فریت بیسموت BFO آلاییده شده با عنصر گادولونیوم سنتز شده به‌روش هم‌رسوبی، پایان‌نامۀ کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شیراز، (1392).

[9] S. Mohammadi, Investigating structuaral, magnetic and electric bismuth ferrite nanoparticles (BFO) doped with Gd synthesized by a co-precipitation method, Master Thesis, Technology University of Shiraz (2013).

[10] J. Wang, J.B. Neaton, H. Zheng, V. Nagarajan, S.B. Ogale, B. Liu, D. Viehland, V. Vaithyanathan, D.G. Schlom, U.V. Waghmare, N.A. Spaldin, K.M. Rabe, M. Wuttig, R. Ramesh, Epitaxial BiFeO₃multiferroic thin film heterostructures, Mag. Sci. 299 (2003) 1719-1722.

[11] B.S. Soram, B.S. Ngangom, H.B. Sharma, Effect of annealing temperatures on the structural and optical properties of sol-gel processed nanocrystalling BiFeO₃ thin film, Journal of Thin Films524 (2012) 57-61.

[12] M. Sakar, S. Balakumar, P. Saravanan, S.N. Jaisankar, Annealing temperature mediated physical properties of bismuth ferrite (BiFeO3) nanostructures synthesized by a novel wet chemical method, Materials Research Bulletin 48 (2013) 2878–2885.

[13] Z. Lin, W. Cai, W. Jiang, C. Fu, C. Li, Y. Song, Effects of annealing temperature on the microstructure, optical, ferroelectric and photovoltaic properties of BiFeO3 thin films prepared by sol–gel method, Ceramics International 39 (2013) 8729–8736.

]14[ع. زارع، م. ایزدی، م. قاضی، بررسی خواص ساختاری و مغناطیسی نانوذرات بیسموت BFOآلاییده با نیکل تهیه شده به‌روش مایکروویو، پایان نامۀ کارشناسی‌ارشد، دانشگاه صنعتی شاهرود (1395).

[14] A, Zaregh, M. Izadi, M. Ghazi, Investigating structural, and magnetic bismuth nanoparticles (BFO) doped with Ni preparad by a mirowave, Master Thesis, Technology University of Shahroud (2016).

[15] L. Trif, G. Tolnai, I. Tolnai, E. Kalman, Preparation and Characterization of Hexagonal W-type Barium Ferrite Nanoparticles, journal of Progress in Colloid and Polymer Science135 (2008) 38-43.

[16] ز. شریفی، س.ا. موسوی قهفرخی، م. زرگر شوشتری، بررسی تأثیر زمان پخت بر ویژگی‌های مغناطیسی و ساختاری نانوذرات فریت اسپینلی سرب PbFe₂O₄، مجلۀ پژوهش‌ سیستم‌های بس‌ذره‌ای، ویژه نامۀ اول (1394)، 51-43.

[16] Z. Sharifi, S.E. Mousavi Ghahfarokhi, M. Zargar Shoushtari, Investigating the effect of annealing temperature on the structural and magnetic properties of lead spinel ferrite nanoparticles (PrFe2O4), Journal of Research on Many body Systems, First special letter (2015) 43-51.

[17] س.ا. موسوی، ف. حمل‌زاده احمدی، م. زرگر شوشتری، تأثیر نسبت مولی اسید سیتریک بر خواص ساختاری، مغناطیسی و دی‌الکتریکی نانوساختار هگزافریت استرانسیوم نوع-Y (Sr₂Co₂Fe₁₂O₂₂)، مجلۀ بلورشناسی و کانی‌شناسی ایران 4، سال بیست و پنجم (1396) 904-895.

[17] S.E. Mousavi Ghahfarokhi, F. Hamalzadeh Ahmadi, M. Zargar Shoushtari, T effect of molar ratio of citric acid on the strucstural, magnetic and dielectric Y-type strontium hexaferrite (Sr₂Co₂Fe₁₂O₂₂), Iranian Journal of Crystallography and Minneralogy 3 (2017) 895-904.

[18] R. Palai, R.S. Katiyar, H. Schmid, P. Tissot, S.J. Clark, J. Robertson, S.A. T. Redfern, G. Catalan, J.F. Scott, β phase and γ−β metal-insulator transition in multiferroic BiFeO₃, PHYSICAL REVIEW B 77, 014110 (2008).

[19] ر. صافی نجف‌آبادی، سنتز به‌روش شیمیایی و بررسی خواص ساختاری، الکتریکی و مغناطیسی نانوبلورهای مولتی فروییک BiFeO₃، پایان نامۀ کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شیراز، (1395).

[19] R. Safi Najafabadi, Synthesis by a Chemical method a investigating structural, electric and magnetic Nanocrystals multiferroic BiFeO₃ Master Thesis, Technology University of Shiraz (2016).

[20] م. رنجبر، م. ا. قاضی، م. ایزدی فرد، بررسی اثر دمای خشک کردن بر ویژگی‌های ساختاری، دی‌الکتریکی، اپتیکی و مغناطیسی نانوذراتBiFeO₃ تولید شده به‌روش سل-ژل، مجلۀ بلورشناسی و کانی‌شناسی ایران1، سال بیست و ششم (1397) 260-251.

[20] M. Ranjbar, E. Ghazi, M. Izadifard, Investigating the effect drying temperature on the structural, dielectric, optic and magnetic properties BiFeO₃ nanoparticles prepared by a sol-gel method, Iranian Journal of Crystallography and Minneralogy 3 (2018) 251-260.

[21] A. Yakubu, Z. Abbas, N.A. Ibrahim, M. Hashim, Effect of Temperature on Structural, Magnetic and Dielectric Properties of Cobalt Ferrite Nanoparticles Prepared via Co-precipitation Method, Physical Science International Journal 81 (2015) 1-8.

[22] م. حاصل‌پور، بررسی خواص ساختاری و مغناطیسی نانوذرات فریت بیسموتBiFeO₃ تهیه شده به‌روش هم‌رسوبی، پایان نامۀ کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید باهنر کرمان(1394).

[22] M. Hasepoor, Investigating structural and magnetic bismuth ferrite nanoparticles BiFeO₃ prepared by a co-precipitation method, Master Thesis, Shahid Bahonar University of Kerman (2015).

[23] R. Andoulsi, K. Horchani-Naifer, M. Ferid, Structural and electrical properties of calciumsubstituted lanthanum ferrite powders, journal of Powder Technology 230 (2012) 183-187.

[24] S. Ghosh, S. Dasgupta, A. Sen, H.S. Maiti, Low-Temperature Synthesis of Nanosized Bismuth Ferrite by Soft Chemical Route, Journal of the American Ceramic Society, 88 5 (2005) 1349–1352.

[25] M. Muneeswaran‚ P. Jegatheesan‚ N.V. Giridharan‚ Synthesis of nanosized BiFeO₃ powders by co-precipitation‚ Journal of Exprimental Nano science (2012) 1-6.

[26] S. Farhadi, M. Zaidi, Bismuth ferrite (BiFeO3) nanopowder prepared by sucrose-assisted combustion method: A novel and reusable heterogeneous catalyst for acetylation of amines, alcohols and phenols under solvent-free conditions, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 299 (2009) 18–25.

[27] م. خانلری، ک. نعمتی آرا، ع. حمیدی راد، ویژگی‌های ساختاری و اپتیکی لایه‌های نازک ZnS تهیه شده به‌دو روش متفاوت PVD و اسپری پایرولیزر، مجلۀ پژوهش سیستم‌های بس‌ذره‌ای، دورۀ ششم (1395)، 21-15.

[27] M. Khanlari, K. Neamati Ara, A. Hamidi Rad, Structural , optic properties of ZnS thin films prepared with two different methods of PVD and Spray pyrolysis, Journal of Research on Many-body Systems 6 (2016) 15-21.

[28] S. Irfan, Y. Shen, S. Rizwan, H.C. Wang, S.B. Khan, C.W. Nan, Band-Gap engineering and enhanced phtotocatalytic activity of Sm and Mn doped BiFeO3 nanoparticles, Journal of the American Ceramic Society (2016) 1-9.

[29] F. Nin, T. Gao, N. Zhang, Z. Chen, Q. Huang, L. Qin, X. Sun, Y. Huang, Hydrothermal synthesis of BiFeO3 nanoparticles for visible light photocatalyyic applications, Journal of nanosience and nanotechnology 15 (2015) 9693-9698.

[30] S. Mohan, B. Subramanian, I. Bhaumik, P.K. Gupta, S.N. Jaisakar, Nanostructured Bi_(1-x)Gd_(x)FeO₃–a multi ferroic photo catalyst on its sunlight driven photo catalystic activity, journal of RSC Advances4 (2014) 16871-16878.