Systematic Investigations on the Effect of Divalent Metal Ions (Mg2+ and Zn2+) Substitution on Nanocrystalline Manganese Ferrites

Abstract

Mg2+ and Zn2+ substituted manganese ferrite nanoparticles were synthesized by chemical coprecipitation route. The synthesized samples were characterized by powder X-ray diffraction which confirms the cubic spinel ferrite structure and the crystallite size is in nanoscale. High resolution transmission electron microscope and scanning electron microscope were used to examine the surface morphology. The elemental composition and purity of the sample were confirmed from energy dispersive X-ray spectroscopic analysis. The band gap energy determined from UV-Vis absorption spectra reveals the semiconducting behavior of both the samples. The optical parameters calculated from the UV-Vis absorption spectra show that MMF has better optical property compared to ZMF nanocrystallites. The magnetic parameters determined using vibrating sample magnetometer show low coercivity, low squareness ratio exhibiting superparamagnetic behavior of the Mg2+ and Zn2+ substituted manganese ferrite nanoparticles which are important for technological applications.

Заміщені Mg2+ і Zn2+ у наночастинках фериту марганцю були синтезувані шляхом хімічного співосадження. Синтезовані зразки характеризувалися порошковою рентгенівською дифракцією, що підтверджує кубічну структуру ферриту шпінелі, а розмір кристалітів знаходиться у нанодіапазоні. Для дослідження морфології поверхні використовувалися просвічуючий електронний мікроскоп з високою роздільною здатністю та скануючий електронний мікроскоп. Елементний склад і чистоту зразка підтверджували за допомогою енергодисперсійного рентгенівського спектроскопічного аналізу. Ширина забороненої зони, визначена зі спектрів поглинання УФ та видимого діапазонів, виявляє напівпровідникову поведінку обох зразків. Магнітні параметри, визначені за допомогою вібраційного магнітометра, демонструють низьку коерцитивність та низький коефіцієнт прямокутності, що показує суперпарамагнітну поведінку заміщених Mg2+ і Zn2+ наночастинок, є важливими для технологічних застосувань. Встановлено наявність відповідних еле- ментів та їх склад без домішок, які демонструють чистоту отриманих наноферритів. Оптичні параметри, розраховані зі спектрів поглинання УФ та видимого діапазонів, показують, що нанокристаліт ММФ має кращу оптичну властивість порівняно з нанокристалітами ZMF.