Characterization of Magnesium/Barium Aluminates Spinel Synthesized by Sol-Gel Auto-Combustion Method

Abstract

Нанокристалічний порошок алюмінатів магнію/барію готували золь-гель методом автогоріння з нітратів Al, Mg та Ba. Елементи Mg і Ba є потенційними кандидатами для різних застосувань завдяки їх гнучкості, великої кількості у природі та чудовим електромагнітним характеристикам. Фазові перетворення, кристалічну структуру, функціональні групи, зв'язки в структурі та оптичні властивості отриманих порошків визначали за допомогою рентгенівської дифракції, інфрачервоної спектроскопії з перетворенням Фур'є (FTIR) та УФ-видимої спектроскопії. Показано, що електронні ширини забороненої зони MgAl2O4 і BaAl2O4, розраховані за допомогою методу Тауца, залишаються в основному незмінними, оскільки X (Mg або Ba) впроваджуються в решітку, утворюючи XAl2O4, але збільшуються більше ніж на 0,05 еВ для MgAl2O4. Результати рентгенівської дифракції показують, що при Xзаміщенні збільшуються розмір кристалітів, об'єм комірки та параметр решітки. Включення атомів магнію та барію в XAl2O4 підтверджено спектроскопією FTIR. Результати показують, що шпінелі MgAl2O4 і BaAl2O4 можна отримати золь-гель методом автогоріння при кімнатній температурі (300 К), що призводить до отримання матеріалу високої чистоти та великої площі поверхні.

Nanocrystalline magnesium/barium aluminates powder was prepared by a sol-gel auto-combustion method from Al, Mg and Ba nitrates. Mg and Ba elements are among the potential candidates for various applications due to their flexibility, abundance and excellent electromagnetic performance. The phase transformation, crystal structure, functional groups, bonds in the structure and optical properties of the obtained powders were determined by X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and UV-visible spectroscopy. The electronic band gaps of MgAl2O4 and BaAl2O4 calculated using the Tauc method are shown to remain largely unchanged as X (Mg or Ba) is substituted into the lattice, forming XAl2O4, but increase greater than 0.05 eV for MgAl2O4. The X-ray diffraction results reveal that with the X-substitution the crystallite size, cell volume and lattice parameter increase. The incorporation of magnesium and barium atoms into XAl2O4 is confirmed by the FTIR spectroscopy. The results show that MgAl2O4 and BaAl2O4 spinels can be obtained by sol-gel auto-combustion method at room temperatures (300 K), resulting in a material with high purity and large surface area.