Metode Pasca Perawatan untuk Sintesis Nanopartikel FePt-Fe3O4 Biner Monodisperse

Hasil dan Diskusi

Pola khas SAED dari nanopartikel FePt yang disintesis ditunjukkan pada Gambar. 1(a₁ ); itu diindeks sebagai cincin fcc-FePt (111) dan (220) wajah. Pola SAED setelah perawatan pada 200 °C ditunjukkan pada Gambar. 1(a₂ ). Jelas ada dua cincin yang berbeda dalam sampel pasca-perawatan; satu berasal dari fcc-Fe₃ O₄ (200) dan lainnya dari (311). Pola XRD dari nanopartikel as-synthesized dan post-treated ditunjukkan pada Gambar. 1(b₁ –b₃ ). Puncak difraksi dari nanopartikel FePt yang disintesis diindeks sebagai fase fcc yang tidak teratur (Gbr. 1b₁ ), yang sesuai dengan hasil SAED dan penelitian lain [6, 15]. Intensitas puncak difraksi fcc-Fe₃ O₄ fase meningkat ketika suhu dinaikkan dari 150 °C menjadi 200 °C. Seperti yang dilaporkan sebelumnya [12], intensitas puncak dalam pola XRD tergantung pada kandungan fcc-Fe₃ O₄ . Untuk menganalisis secara kuantitatif persentase berat fcc-Fe₃ O₄ dalam nanopartikel pasca-perawatan, metode Rietveld standar diterapkan agar sesuai dengan pola. Pada Gambar. 1 (b₂ ) dan (b₃ ), garis merah adalah pola pas dan garis biru adalah pola perbedaan antara pola mentah dan pas. Jelas, pola yang dipasang cocok dengan pola yang diukur (garis hitam), fcc-Fe₃ O₄ konten meningkat dari 42,6 menjadi 82,9 berat saat suhu pasca-pengolahan meningkat dari 150 menjadi 200 °C. Hasil ini menunjukkan bahwa kelebihan besi dioksidasi menjadi fcc-Fe₃ O₄ nanopartikel selama pasca perawatan, dan kandungan fcc-Fe₃ O₄ fase meningkat ketika suhu pasca perawatan ditingkatkan lebih lanjut menjadi 200 °C.

Pola difraksi elektron area terpilih dari as-synthesized (a₁ ) dan 200 °C setelah perawatan (a₂ ) partikel nano. Pola difraksi sinar-X dari nanopartikel yang disintesis dan pasca-perawatan ((b₁ ) sebagai-disintesis; (b₂ ) 150 °C setelah perawatan; (b₃ ) 200 °C setelah perawatan)

Gbr. 2 menunjukkan gambar TEM dari nanopartikel yang disintesis dan pasca-perlakuan. Pada Gambar. 2a, nanopartikel FePt yang disintesis berwarna hitam dan monodispersi. Setelah perlakuan pasca pada 150 °C, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2b, nanopartikel tetap monodispersi dan tidak beragregasi; perlu dicatat bahwa beberapa partikel abu-abu diamati. Ketika suhu pasca-perawatan dinaikkan menjadi 200 °C (Gbr. 2c), nanopartikel yang diamati masih berupa kombinasi partikel hitam dan abu-abu. Namun, ukuran nanopartikel abu-abu lebih besar daripada nanopartikel abu-abu pasca-perlakuan pada 150 °C. Gambar TEM (HRTEM) resolusi tinggi dari nanopartikel dalam kotak putih pada Gambar 2c ditunjukkan pada Gambar 2d. Jarak antara pinggiran kisi dalam nanopartikel abu-abu adalah 0,299 nm, yang sesuai dengan jarak kisi fcc-Fe₃ O₄ (200). Jarak interferensi dalam nanopartikel hitam adalah sekitar 0,221 nm, yang sesuai dengan jarak kisi fcc-FePt (111). Hasil TEM dan XRD dengan demikian menunjukkan bahwa nanopartikel hitam adalah fcc-FePt dan nanopartikel abu-abu adalah fcc-Fe₃ O₄ . Kontras cahaya dan bayangan dari FePt dan Fe₃ O₄ nanopartikel berbeda dalam gambar TEM, dan mirip dengan FePt-Fe seperti halter₃ O₄ struktur nano [12]. Fe abu-abu monodisperse₃ O₄ nanopartikel hanya dapat ditemukan pada sampel pasca perlakuan, ini berarti metode pasca perlakuan tidak akan menginduksi agregat nanopartikel dan merupakan cara yang efektif untuk menghasilkan FePt-Fe biner monodisperse₃ O₄ sistem partikel nano.

Gambar mikroskop elektron transmisi (TEM) dari nanopartikel yang disintesis (a ), dan nanopartikel setelah pasca perawatan pada 150 °C (b ) dan 200 °C (c ). d Gambar TEM resolusi tinggi dari area di dalam kotak putih di (c )

Untuk analisis kuantitatif, pengaruh suhu pasca perlakuan terhadap pertumbuhan FePt dan Fe₃ O₄ nanopartikel, ukuran butir nanopartikel yang dihasilkan dalam situasi yang berbeda dihitung. Distribusi ukuran butir nanopartikel FePt hitam ditunjukkan pada Gambar. 3(a_1– a₃ ), terdapat kesesuaian yang baik dengan fungsi Gauss dan terletak pada range yang sama. Ukuran butir rata-rata nanopartikel FePt adalah 3,56 ± 0,41, 3,58 ± 0,38, dan 3,57 ± 0,43 nm untuk sampel hasil sintesis, 150 °C pasca perlakuan, dan 200 °C pasca perlakuan. Ukuran butir semua nanopartikel FePt hitam mendekati 3,6 nm, yang menunjukkan bahwa metode pasca-perawatan tidak secara nyata mempengaruhi ukuran butir nanopartikel FePt. Namun, ukuran butir Fe abu-abu₃ O₄ nanopartikel meningkat dari 4,14 ± 0,81 nm (Gbr. 3(b₁ )) hingga 6,60 ± 0,78 nm (Gbr. 3(b₂ )) ketika suhu pasca perawatan meningkat dari 150 menjadi 200 °C. Sebagai FePt dan Fe₃ mono O₄ nanopartikel sferis terdistribusi secara merata (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2), fraksi volume Fe₃ O₄ dalam biner FePt-Fe₃ O₄ sistem nanopartikel telah dihitung melalui setidaknya lima zona yang berbeda. Hasil penelitian menunjukkan bahwa fraksi volume Fe₃ O₄ meningkat dari 64,3 ± 9,7% menjadi 92,5 ± 6,1% ketika suhu pasca-perawatan naik dari 150 menjadi 200 °C, yang pada dasarnya sesuai dengan persentase berat hasil XRD. Ini berarti bahwa pengaturan suhu pasca perawatan adalah cara yang efektif untuk mengendalikan pertumbuhan kelebihan besi dan ukuran butir Fe₃ O₄ nanopartikel dalam biner monodisperse FePt-Fe₃ O₄ sistem partikel nano.

Distribusi ukuran butir nanopartikel FePt hitam ((a₁ ) sebagai-disintesis; (a₂ ) 150 °C setelah perawatan; (a₃ ) 200 °C setelah perawatan) dan Fe abu-abu₃ O₄ nanopartikel ((b₁ ) 150 °C setelah perawatan; (b₂ ) 200 °C setelah perawatan)

Gambar 4 menunjukkan analisis XPS dari nanopartikel yang disintesis dan yang diperlakukan pada 200 °C. Sinyal Fe 2p terdiri dari Fe 2p_3/2 dan Fe2p_1/2 , dan energi ikat kedua puncak ini dalam nanopartikel FePt yang disintesis masing-masing adalah 710,2 dan 723,7 eV (Gbr. 4(a₁ )). Nilai ini lebih tinggi daripada Fe murni (710 dan 723 eV) karena adanya ikatan antara Fe dan Pt dalam satu sel [13]. Setelah pasca-perawatan pada 200 °C, energi ikat Fe 2p meningkat menjadi 710,5 dan 723,8 eV, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4(b₁ ); ini mendekati nilai Fe₃ O₄ (710.6 dan 724,1 eV) [16]. Energi ikat O1 dari nanopartikel FePt yang disintesis adalah 532,3 eV (Gbr. 4(a₂ )), yang sesuai dengan H₂ yang diserap O atau O₂ di permukaan. Puncak O1 lainnya pada 530,7 eV ditemukan pada sampel pasca-perawatan pada 200 °C (Gbr. 4(b₂ )), yang dianggap berasal dari O ²⁻ ion yang dihasilkan dari oksidasi Fe [13]. Tidak ada puncak satelit yang teramati pada spektrum Fe 2p, yang menunjukkan bahwa Fe berada dalam Fe₃ O₄ , bukan Fe₂ O₃ [17]. Hal ini sesuai dengan hasil XRD dan TEM. Spektrum XPS Pt untuk sampel yang disintesis dan diberi perlakuan 200 °C ditunjukkan pada Gambar. 4(a₃ ) dan Gbr. 4(b₃ ). Wilayah Pt 4f dari spektrum XPS dicirikan oleh doublet spin-orbit yang khas (4f_7/2 dan 4f_5/2 ); energi ikatnya masing-masing mendekati 71,0 dan 74,3 eV. Metode pasca perawatan tidak berpengaruh pada energi ikat Pt 4f.

Spektrum fotoelektron sinar-X dari nanopartikel yang disintesis ((a₁ ):Fe 2p, (a₂ ):O 1s, (a₃ ):Pt 4f) dan nanopartikel setelah perlakuan pada 200 °C ((b₁ ):Fe 2p, (b₂ ):O 1s, (b₃ ):Pt 4f)

Loop loop histeresis magnetik suhu kamar (298 K) dari nanopartikel FePt yang disintesis dan FePt-Fe biner yang diolah 200 °C₃ O₄ nanopartikel ditunjukkan pada Gambar. 5. Loop histeresis magnetik dari nanopartikel FePt yang disintesis adalah linier dan koersifnya mendekati nol, yang menunjukkan bahwa nanopartikel FePt bersifat superparamagnetik pada suhu kamar. Seperti diberitakan sebelumnya, struktur fcc yang tidak teratur dan ukuran butir yang lebih kecil akan menyebabkan perilaku superparamagnetik dari partikel nano FePt [13]. Koersivitas yang sangat kecil tetapi tidak nol (5,7 Oe) diamati untuk biner monodispersi FePt-Fe₃ O₄ nanopartikel pada suhu kamar. Biasanya, Fe₃ O₄ nanopartikel bersifat superparamagnetik ketika ukuran butir lebih kecil dari 20 nm, [18] beberapa peneliti juga menemukan bahwa koersivitas Fe₃ O₄ nanopartikel konstan pada sekitar 5 Oe dalam kisaran 8 hingga 15 nm [19]. Dalam penelitian ini, biner monodispersi FePt-Fe₃ O₄ sistem ini menggabungkan 17,1 berat% 3,6 nm FePt nanopartikel dan 82,9 berat% 6,6 nm Fe₃ O₄ nanopartikel, interaksi antara kedua jenis nanopartikel yang berbeda tersebut mungkin juga menyebabkan hasil koersivitas yang tidak nol. Nanopartikel FePt koersivitas nol berubah menjadi nol setelah pasca-perawatan pada 200 °C, yang membuktikan sekali lagi bahwa Fe₃ O₄ nanopartikel dihasilkan dengan menggunakan metode pasca perawatan.

Loop loop histeresis magnetik suhu kamar dari nanopartikel yang disintesis dan diperlakukan 200 °C

Rasio Fe/Pt dalam sampel yang disintesis dan diberi perlakuan 200 °C dapat dihitung melalui puncak Fe 2p dan Pt 4 f pada Gambar 4. Analisis menunjukkan bahwa kandungan Fe dalam sampel XPS (tinta nanopartikel-heksana ) masing-masing adalah 88,6 dan 90,5%. Namun, hasil TEM-EDS menunjukkan bahwa jumlah Fe pada nanopartikel FePt dari as-synthesized dan post-treated hampir sama (72,8 dan 72,3%), dan lebih rendah dari FePt pada tinta FePt-heksana dan biner. FePt-Fe₃ O₄ sistem nanopartikel. Oleh karena itu kami menyimpulkan bahwa kelebihan besi berubah dari uap menjadi cair (menjadi tinta FePt-heksana) dalam proses refluks, pendinginan, dan pencucian selama sintesis nanopartikel FePt. Sifat kelebihan spesies besi dalam tinta FePt-heksana masih belum jelas, tetapi kemungkinan besar bahwa mereka dikombinasikan dengan surfaktan untuk memastikan stabilitas nanopartikel FePt [10, 11]. Oksidasi kelebihan besi, atau Fe pertumbuhan₃ O₄ nanopartikel, sangat tergantung pada suhu dan atmosfer. Di bawah sistem argon dengan kemurnian tinggi, Fe₃ O₄ nanopartikel tidak dapat diperoleh pada berbagai temperatur. Dan larutan FePt akan mengering bahkan pada 100 °C di bawah lingkungan vakum. Mudah untuk memperoleh biner monodisperse FePt-Fe₃ O₄ sistem nanopartikel di udara, Fe₃ O₄ nanopartikel dihasilkan ketika suhu di atas 100 °C, namun, jika suhu setinggi 250 °C, larutan FePt juga akan mengering. Ukuran butir dan kandungan Fe₃ O₄ nanopartikel dalam biner FePt-Fe₃ O₄ sistem nanopartikel meningkat ketika suhu pasca perawatan meningkat dari 150 menjadi 200 °C, yang akan disebabkan oleh suhu yang meningkatkan pertumbuhan difusi besi dalam larutan FePt-heksana-OAm.