Synthesis and Characterization of Nd3+ Doped Mg-Cd Ferrite (Mg0.5Cd0.5Nd0.01Fe1.99O4) Nanoparticles Prepared in the Form of a Thick Film for Gas Sensing Applications

Abstract

Методом оксалатного співосадження отримано нанокристалітні ферити з додаванням Nd3+ до зразка, формула якого Mg1 – xCdxFe2O4 (x = 0.5). Для характеристики зразків використовували FTIR, XRD та SEM. За даними XRD, структура являє собою кубічну шпінель з ортоферитом (NdFeO3) як вторинною фазою. Розмір кристалітів складає 36,8 нм. SEM аналіз морфології поверхні вказує на розмір зерна 0,38 мкм. У спектрі FTIR спостерігаються дві сильні смуги поглинання в діапазоні 350-800 см – 1. Нам вдалося виявити різні гази, такі як Cl2, LPG і етанол, використовуючи газовий датчик від кімнатної температури до 500 °C. Для газоподібного етанолу з 100 ppm при 500 °C склад Mg0.5Cd0.5Nd0.01Fe1.99O4 має найбільший відгук. Зразки феритового датчика Mg-Cd з додаванням Nd3+ демонструють гарний відгук та час відновлення. Склад матеріалу, тестовий газ і розмір зерен визначають час для завершення тесту.

The oxalate co-precipitation method was used to prepare nanocrystallite ferrites with Nd3+ added to the general formula Mg1 – xCdxFe2O4 (x = 0.5). FTIR, XRD, and SEM were all used to characterize the samples. According to XRD, the structure is cubic spinel with orthoferrite (NdFeO3) as a secondary phase. The crystallite size is 36.79 nm. SEM analysis of surface morphology indicates a grain size of 0.38 µm. There are two strong absorption bands observed in the FTIR spectrum in the range of 350-800 cm – 1. We were able to detect various gases such as Cl2, LPG, and ethanol using the gas sensor from room temperature to 500 °C. For 100 ppm ethanol gas at 500 °C, the Mg0.5Cd0.5Nd0.01Fe1.99O4 composition has the greatest response. Mg-Cd ferrite sensor samples with Nd3+ added show good response and recovery time. Material composition, test gas, and grain size determine the time to complete the test.