Construção e caracterização de nano

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 9048 (2023) Citar este artigo

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A talentosa ferrita difásica / ferroelétrica BaTi0.7Fe0.3O3@NiFe2O4 (BFT@NFO) em nanomorfologia oval foi sintetizada quimicamente usando processos sol-gel controlados e calcinada a 600 °C. Os efeitos da blindagem usando nanopartículas de NiFe2O4 (NFO) na microestrutura, transição de fase, térmica e permissividade relativa da nanoperovskita BaTi0.7Fe0.3O3 (BTF) foram sistematicamente explorados. Os padrões de difração de raios X e o software Full-Prof exibiram a formação da fase hexagonal BaTi2Fe4O11. Imagens TEM e SEM demonstraram que o revestimento de BaTi0.7Fe0.3O3 foi controlado com sucesso com excelentes formas nano-ovais de NiFe2O4. A blindagem NFO pode promover significativamente a estabilidade térmica e a permissividade relativa dos nanocompósitos pero-magnéticos BFT@NFO e reduzir a temperatura Curie. Análises termogravimétricas e ópticas foram utilizadas para testar a estabilidade térmica e estimar os parâmetros ópticos efetivos. Estudos magnéticos mostraram uma diminuição na magnetização de saturação de NPs de NiFe2O4 em comparação com seu sistema a granel, o que é atribuído ao distúrbio de spin superficial. Aqui, a caracterização e o sensor eletroquímico sensível foram construídos para a avaliação da detecção de oxidação de peróxido usando os nanocompósitos nano-ovais quimicamente ajustados de titanato de bário-ferro@níquel. Finalmente, o BFT@NFO exibiu excelentes propriedades eletroquímicas que podem ser atribuídas a este composto possuindo dois componentes eletroquímicos ativos e/ou a estrutura nano-oval das partículas que podem melhorar ainda mais a eletroquímica através dos possíveis estados de oxidação e do efeito sinérgico. O resultado defende que quando o BTF é protegido com nanopartículas NFO, as propriedades térmicas, dielétricas e eletroquímicas dos nanocompósitos nano-ovais BaTi0.7Fe0.3O3@NiFe2O4 podem ser desenvolvidas de forma síncrona. Assim, a produção de nanosistemas eletroquímicos ultrassensíveis para a determinação de peróxido de hidrogênio é de grande importância.

Nos últimos anos, os materiais perovskita têm sido bem estudados. Os materiais ferroelétricos ABO3 mais proeminentes têm atraído considerável atenção como catalisadores devido à sua estabilidade geométrica e eletrônica, maior resistência à dissolução em soluções aquosas e não aquosas e economia. É rara a existência de compostos multiferróicos cristalinos nos quais o ferromagnetismo e a ferroeletricidade coexistem à temperatura ambiente . Devido à sua aplicação potencial no campo em desenvolvimento de armazenamento de informações, spintrônica e dispositivos de armazenamento de memória de múltiplos estados, tais compostos estão atualmente sob estudo intensivo . Enormes tentativas foram feitas para melhorar o ferromagnetismo e a ferroeletricidade à temperatura ambiente na cerâmica de perovskita. Várias abordagens estão em andamento para explorar a possibilidade de sintetizar materiais com eficiência multiferróica superior. Outro possível método de dopagem magnética é a de íons TM (metal de transição) (Fe3+, Co2+, Ni2+, Mn2+, etc.) através de materiais ferroelétricos4,5.

Uma classe importante de material ferroelétrico que apresenta efeito piezoelétrico e alta permissividade dielétrica para aplicações tecnológicas, como transdutores, ondas acústicas de superfície (SAW) e dispositivos ferroelétricos de memória de acesso aleatório (FeRAM)6. Na composição da perovskita ABO3, ambos os cátions (A e B), enquanto os átomos A são maiores que os átomos B. Os raios iônicos do Fe3+ (0,645 Å) são maiores que os do Ti4+ (0,605 Å), enquanto o Ba2+ possui raios iônicos maiores (1,35 Å). O BTO tem uma configuração geral ABO3 na qual os íons Ba2+ e O2− criam uma rede cúbica compacta com íons Ti4+ ocupando os buracos octaédricos gerados pelo oxigênio (O2−). A estrutura do BaTiO3 possui um arranjo tridimensional de cantos de TiO6 compartilhando octaédricos com íons Ba2+ nas cavidades de 12 vezes entre os poliedros. O arranjo dos átomos é conhecido como arranjo compacto dos íons A2+ e O2− juntos7. Além de sua estrutura e tamanho, as propriedades do BTO dependem de sua composição química. Dopado com elementos equivalentes, o material perovskita apresenta características elétricas interessantes para o BaTiO3 com base nos estados químicos dos componentes e na química da superfície das amostras. No entanto, o principal fenômeno desses nanomateriais é a substituição parcial dos cátions nos sítios A e B do ABO3, bem como sua capacidade de preservar a estabilidade na estrutura cristalina de estados de oxidação mistos incomuns . Um aspecto interessante dos íons Ba, Ti, Fe e O em materiais a granel foi discutido em relação à deficiência eletrônica e à toxicidade superficial. Vários estudos recentes têm sido abordados com base na espectroscopia de fotoelétrons para a análise química (ESCA) de nanomaterial calcinado de BaTiO3 dopado com íons Fe3+9,10,11,12. ESCA ou XPS é uma técnica morfológica de superfície que pode ser usada para obter informações sobre o estado químico ou estado de valência e a informação eletrônica no nível central do elemento constituinte9,10,11,12. O BaTiO3 puro possui menor condutividade iônica e atua como isolante à temperatura ambiente. O modelo de defeito indica que a substituição do sítio Ti pelas impurezas aceitadoras é a razão para a formação de portadores de carga e vagas de oxigênio que aumentam a condutividade iônica e eletrônica. O portador de carga dominante depende das condições de síntese e da quantidade de impurezas não intencionais do aceitador e do doador. Na cerâmica BaTiO3, os íons Fe3+ geralmente substituem o Ti4+, onde os íons Fe3+ são considerados como tendo uma valência 3+. Portanto, a vacância de oxigênio deve ser criada para preservar a neutralidade de carga da estrutura da perovskita (BaTi1-xFexO3-δ, δ-vacância de oxigênio). Abdel Aal et al. 2014 preparou com sucesso BaTi1-xFexO3 por sol-gel, onde os íons trivalentes (Fe3+) substituem os íons tetravalentes Ti4+ e criam vacância de oxigênio para manter a neutralidade de carga do composto .