Синтез і магнітні характеристики наночастинок твердих розчинів ітрій-лантанового ферогранату
A method of synthesis of the nanocrystals of solid solutions of lanthanum-yttrium ferric garnet (Y1-xLax)3Fe5O12 (x – molar fraction) by co-precipitation of yttrium, lanthanum and iron hydroxides in boiling water has been developed and tested. Microwave electromagnetic radiation was used to initiate...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/547 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543919913828352 |
|---|---|
| author | Gorbyk, P. P. Dubrovin, I. V. Abramov, N. V. |
| author_facet | Gorbyk, P. P. Dubrovin, I. V. Abramov, N. V. |
| author_sort | Gorbyk, P. P. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:02:32Z |
| description | A method of synthesis of the nanocrystals of solid solutions of lanthanum-yttrium ferric garnet (Y1-xLax)3Fe5O12 (x – molar fraction) by co-precipitation of yttrium, lanthanum and iron hydroxides in boiling water has been developed and tested. Microwave electromagnetic radiation was used to initiate chemical reactions in aqueous precursor solutions, to control the nucleation process and to form new phases. The power of ultra-high frequency (microwave) radiation varied from 0.14 to 1.4 kW, changing the effective pulse duration of the process. The radiation frequency was 2.45 GHz for the period 6?66 min. The solution was cooled to room temperature, then an aqueous solution of ammonia was added dropwise with vigorous stirring in the amount necessary to precipitate completely Y3+, La3+ and Fe3+ cations. The pH value of the reaction was maintained at 8?12. After addition of ammonia, the stirring was continued for another 15 min, then the precipitate was filtered, washed with decantation until the specific conductivity of the supernatant was reduced to less than 2 ?S/cm. It has been found that the developed synthesis method provides the production of a powder of a given composition in the form of nanoparticles (NP) in a shape close to spherical. The mutual solubility of Y3Fe5O12 and La3Fe5O12 in the state of solid solutions, their crystal structure, morphology, and magnetic properties were investigated. The average diameter of the obtained NP, dependent on the concentration of precursors and the process time, ranged from 20 to 60 nm, the average specific surface area varied from 75 to 25 m2/g, respectively. X-ray analysis confirmed the formation of a phase of a solid solution of substitution with the structure of garnet at x < 0.75. The vibration magnetometry method obtained the hysteresis loops of dipole-dipole non-interacting NP solid solutions and the dependence of their saturation magnetization and coercive force on the lanthanum molar fraction. Due to their magnetic properties, these solid solution nanoparticles are promising for use in medicine as agents for hyperthermia, for targeted drug delivery in magnetic therapy, in magnetic resonance imaging, and for the diagnosis of diseases using the magnetic separation method. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:59Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-547 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-07-22T19:33:59Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5472022-06-29T10:02:32Z Synthesis and magnetic characteristics of nanoparticles of solid solutions of ittrium-lanthanum ferrogarnet Cинтез и магнитные характеристики наночастиц твёрдых растворов иттрий-лантанового феррограната Синтез і магнітні характеристики наночастинок твердих розчинів ітрій-лантанового ферогранату Gorbyk, P. P. Dubrovin, I. V. Abramov, N. V. synthesis solid solutions nanoparticles ferrites oscillatory magnetometry saturation magnetization coercive force синтез тверді розчини наночастинки ферити вібраційна магнітометрія намагніченість насичення коерцитивна сила синтез твердые растворы наночастицы ферриты вибрационная магнитометрия намагниченность насыщения коэрцитивная сила A method of synthesis of the nanocrystals of solid solutions of lanthanum-yttrium ferric garnet (Y1-xLax)3Fe5O12 (x – molar fraction) by co-precipitation of yttrium, lanthanum and iron hydroxides in boiling water has been developed and tested. Microwave electromagnetic radiation was used to initiate chemical reactions in aqueous precursor solutions, to control the nucleation process and to form new phases. The power of ultra-high frequency (microwave) radiation varied from 0.14 to 1.4 kW, changing the effective pulse duration of the process. The radiation frequency was 2.45 GHz for the period 6?66 min. The solution was cooled to room temperature, then an aqueous solution of ammonia was added dropwise with vigorous stirring in the amount necessary to precipitate completely Y3+, La3+ and Fe3+ cations. The pH value of the reaction was maintained at 8?12. After addition of ammonia, the stirring was continued for another 15 min, then the precipitate was filtered, washed with decantation until the specific conductivity of the supernatant was reduced to less than 2 ?S/cm. It has been found that the developed synthesis method provides the production of a powder of a given composition in the form of nanoparticles (NP) in a shape close to spherical. The mutual solubility of Y3Fe5O12 and La3Fe5O12 in the state of solid solutions, their crystal structure, morphology, and magnetic properties were investigated. The average diameter of the obtained NP, dependent on the concentration of precursors and the process time, ranged from 20 to 60 nm, the average specific surface area varied from 75 to 25 m2/g, respectively. X-ray analysis confirmed the formation of a phase of a solid solution of substitution with the structure of garnet at x < 0.75. The vibration magnetometry method obtained the hysteresis loops of dipole-dipole non-interacting NP solid solutions and the dependence of their saturation magnetization and coercive force on the lanthanum molar fraction. Due to their magnetic properties, these solid solution nanoparticles are promising for use in medicine as agents for hyperthermia, for targeted drug delivery in magnetic therapy, in magnetic resonance imaging, and for the diagnosis of diseases using the magnetic separation method. Разработана и апробирована методика синтеза нанокристаллов твердых растворов лантан-иттриевого феррограната (Y1-xLax)3Fe5O12 (ИЛФ) (x – молярная доля) методом совместного осаждения гидроксидов иттрия, лантана и железа в кипящей воде. Для инициирования химических реакций в водных растворах прекурсоров, управления процессом зародышеобразования и формирования новых фаз использовано микроволновое электромагнитное излучение. Установлено, что разработанный метод синтеза обеспечивает получение порошка заданного состава в виде наночастиц по форме, близкой к сферической. Исследована взаимная растворимость Y3Fe5O12 и La3Fe5O12 в твердом состоянии, их кристаллическую структуру, морфологию поверхности и магнитные свойства. Средний диаметр полученных частиц ИЛФ, в зависимости от величины x и времени процесса, колебался от 20 до 60 нм, средняя удельная площадь поверхности колебалась, соответственно, от 75 до 25 м2/г. Используя рентгенофазовый анализ, мы подтвердили образования фазы твердого раствора замещения со структурой граната при x < 0.75. Методом вибрационной магнитометрии получены петли гистерезиса ансамблей диполь-дипольных невзаимодействующих наночастиц твердых растворов ИЛФ. Установлено, что уменьшение величины ?s порошков, полученных методом химического соосаждения, при росте х связано с уменьшением размера частиц. Розроблено і апробовано методику синтезу нанокристалів твердих розчинів ітрій-лантанового ферогранату (Y1-xLax)3Fe5O12 (ІЛФ) (x – молярна частка) методом спільного осадження гідроксидів ітрію, лантану і заліза в киплячій воді. Для ініціювання хімічних реакцій у водних розчинах прекурсорів, керуванням процесу зародкоутворення і формування нових фаз використано мікрохвильове електромагнітне випромінювання. Встановлено, що розроблений метод синтезу забезпечує одержання порошку заданого складу у вигляді наночастинок із формою, близькою до сферичної. Досліджено взаємну розчинність ітрію ферогранату Y3Fe5O12 (ІФ) та лантану ферогранату La3Fe5O12 (ЛФ) в стані твердих розчинів, іхню кристалічну структуру, морфологію поверхні і магнітні властивості. Середній діаметр отриманих частинок ІЛФ, залежно від величини x та часу процесу, коливався від 20 до 60 нм, середня питома площа поверхні коливалася відповідно від 75 до 25 м2/г. Використовуючи рентгенівський аналіз, ми підтвердили утворення фази твердого розчину заміщення з структурою гранату при x < 0.75. Методом вібраційної магнітометрії отримано петлю гістерезису ансамблів диполь-дипольних невзаємодіючих наночастинок твердих розчинів ІЛФ. Виявлено, що зменшення величини ?s порошків, отриманих методом хімічного співосадження, при зростанні х пов’язано зі зменшенням розміру частинок. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2020-05-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/547 10.15407/hftp11.02.274 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 11 No. 2 (2020): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 274-280 Химия, физика и технология поверхности; Том 11 № 2 (2020): Химия, физика и технология поверхности; 274-280 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 11 № 2 (2020): Хімія, фізика та технологія поверхні; 274-280 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp11.02 uk https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/547/550 Copyright (c) 2020 P. P. Gorbyk, I. V. Dubrovin, N. V. Abramov |
| spellingShingle | синтез тверді розчини наночастинки ферити вібраційна магнітометрія намагніченість насичення коерцитивна сила Gorbyk, P. P. Dubrovin, I. V. Abramov, N. V. Синтез і магнітні характеристики наночастинок твердих розчинів ітрій-лантанового ферогранату |
| title | Синтез і магнітні характеристики наночастинок твердих розчинів ітрій-лантанового ферогранату |
| title_alt | Synthesis and magnetic characteristics of nanoparticles of solid solutions of ittrium-lanthanum ferrogarnet Cинтез и магнитные характеристики наночастиц твёрдых растворов иттрий-лантанового феррограната |
| title_full | Синтез і магнітні характеристики наночастинок твердих розчинів ітрій-лантанового ферогранату |
| title_fullStr | Синтез і магнітні характеристики наночастинок твердих розчинів ітрій-лантанового ферогранату |
| title_full_unstemmed | Синтез і магнітні характеристики наночастинок твердих розчинів ітрій-лантанового ферогранату |
| title_short | Синтез і магнітні характеристики наночастинок твердих розчинів ітрій-лантанового ферогранату |
| title_sort | синтез і магнітні характеристики наночастинок твердих розчинів ітрій-лантанового ферогранату |
| topic | синтез тверді розчини наночастинки ферити вібраційна магнітометрія намагніченість насичення коерцитивна сила |
| topic_facet | synthesis solid solutions nanoparticles ferrites oscillatory magnetometry saturation magnetization coercive force синтез тверді розчини наночастинки ферити вібраційна магнітометрія намагніченість насичення коерцитивна сила синтез твердые растворы наночастицы ферриты вибрационная магнитометрия намагниченность насыщения коэрцитивная сила |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/547 |
| work_keys_str_mv | AT gorbykpp synthesisandmagneticcharacteristicsofnanoparticlesofsolidsolutionsofittriumlanthanumferrogarnet AT dubroviniv synthesisandmagneticcharacteristicsofnanoparticlesofsolidsolutionsofittriumlanthanumferrogarnet AT abramovnv synthesisandmagneticcharacteristicsofnanoparticlesofsolidsolutionsofittriumlanthanumferrogarnet AT gorbykpp cintezimagnitnyeharakteristikinanočastictvërdyhrastvorovittrijlantanovogoferrogranata AT dubroviniv cintezimagnitnyeharakteristikinanočastictvërdyhrastvorovittrijlantanovogoferrogranata AT abramovnv cintezimagnitnyeharakteristikinanočastictvërdyhrastvorovittrijlantanovogoferrogranata AT gorbykpp sintezímagnítníharakteristikinanočastinoktverdihrozčinívítríjlantanovogoferogranatu AT dubroviniv sintezímagnítníharakteristikinanočastinoktverdihrozčinívítríjlantanovogoferogranatu AT abramovnv sintezímagnítníharakteristikinanočastinoktverdihrozčinívítríjlantanovogoferogranatu |