Construção e caracterização de nano

Apr 25, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9048 (2023) Citar este artigo

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A talentosa ferrita bifásica/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. As imagens TEM e SEM demonstraram que o revestimento de BaTi0.7Fe0.3O3 foi controlado com sucesso com formas nano-ovais NiFe2O4 requintadas. A blindagem NFO pode promover significativamente a estabilidade térmica e a permissividade relativa de nanocompósitos peromagnéticos BFT@NFO e reduz a temperatura Curie. Análises termogravimétricas e ópticas foram usadas para testar a estabilidade térmica e estimar os parâmetros ópticos efetivos. Estudos magnéticos mostraram uma diminuição na magnetização de saturação de NiFe2O4 NPs em comparação com seu sistema bulk, o que é atribuído ao distúrbio de spin da superfície. Aqui, a caracterização e o sensor eletroquímico sensível foram construídos para a avaliação da detecção de oxidação de peróxido usando os nanocompósitos nano-ovais titanato de bário-ferro@níquel ferrita quimicamente ajustados. 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 blindado com nanopartículas de NFO, as propriedades térmicas, dielétricas e eletroquímicas dos nanocompósitos nanoovais BaTi0.7Fe0.3O3@NiFe2O4 podem ser desenvolvidas de forma síncrona. Assim, a produção de nanossistemas eletroquímicos ultrassensíveis para a determinação de peróxido de hidrogênio é de grande importância.

Nos últimos anos, materiais de perovskita têm sido bem estudados. Os materiais ferroelétricos ABO3 mais proeminentes têm atraído atenção considerável como catalisadores devido à sua estabilidade geométrica e eletrônica, maior resistência à dissolução em soluções aquosas e não aquosas e custo-benefício. É rara a existência de compostos multiferróicos cristalinos nos quais o ferromagnetismo e a ferroeletricidade coexistem à temperatura ambiente1. Devido à sua aplicação potencial no campo em desenvolvimento de armazenamento de informações, spintrônica e dispositivos de armazenamento de memória de estado múltiplo, tais compostos estão atualmente sob intenso estudo2,3. Enormes tentativas foram feitas para melhorar o ferromagnetismo à temperatura ambiente e a ferroeletricidade 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 dos íons TM (metais de transição) (Fe3+, Co2+, Ni2+, Mn2+, etc.) através de materiais ferroelétricos4,5.

Uma classe importante de material ferroelétrico que mostra um efeito piezoelétrico e uma alta permissividade dielétrica para aplicações tecnológicas, como transdutores, ondas acústicas de superfície (SAW) e dispositivos ferroelétricos de acesso aleatório (FeRAM)6. Na composição da perovskita ABO3, ambos os cátions (A e B), sendo que 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+ tem raios iônicos maiores (1,35 Å). O BTO tem uma configuração ABO3 geral na qual os íons Ba2+ e O2- criam uma rede cúbica compacta com íons Ti4+ ocupando os orifícios octaédricos gerados pelo oxigênio (O2-). A estrutura do BaTiO3 possui uma matriz tridimensional de cantos de TiO6 compartilhando octaédricos com íons de Ba2+ nas cavidades de 12 dobras entre os poliedros. O arranjo dos átomos é conhecido como arranjo compactado dos íons A2+ e O2− juntos7. Além de sua estrutura e tamanho, as propriedades do BTO dependem de sua composição química. Dopando 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 dos espécimes. 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 incomuns8,9. Um aspecto interessante dos íons Ba, Ti, Fe e O em materiais a granel foi discutido em relação à deficiência eletrônica e à toxicidade de superfície. Vários estudos recentes têm sido abordados com base na espectroscopia de fotoelétrons para análise química (ESCA) de nanomaterial BaTiO3 calcinado 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 as informações eletrônicas no nível central para o elemento constituinte9,10,11,12. O BaTiO3 puro tem condutividade iônica mais baixa 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 vacâncias de oxigênio que aumentam tanto a condutividade iônica quanto a eletrônica. O portador de carga dominante depende das condições de síntese e da quantidade de impurezas não intencionais do aceptor e do doador. Nas cerâmicas de 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, vacância de δ-oxigênio). Abdel Aal et ai. 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 composto13.