نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکدة فیزیک، دانشگاه یزد، یزد

2 دانشکدة مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان

3 دانشکدة فیزیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان

چکیده

در این پژوهش، نانو پودر محلول جامد xO-1NixMg در نسبت مولی، x، در محدودۀ  0.4>x>و0.1با استفاده از روش جدید سل­ژل خود-احتراقی غیر آلکیلوکسیدی سنتز شد. در این روش از Mg(CH3COO)2.4H2O، Ni(NO3)2.6H2O و اسید سیتریک به ترتیب به عنوان منابع یون­های منیزیم و نیکل عامل ژل­ساز و همچنین سوخت استفاده شد. سپس، از طریق تحلیل گرما وزن سنجی  (TGA) روند واکنش و معادلۀ­ آن تعیین شد، همچنین دمای مناسب برای تشکیل ترکیب محلول جامد NixMg1-xOپایدار را نیز مشخص کردیم. تأثیر نسبت مولی (x) بر خصوصیات ساختاری و نوری نمونه­ها توسط پراش پرتوی ایکس  (XRD)، تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی انتشار میدانی (FESEM)، بیناب­سنجی انعکاس پخشی(DRS)، بیناب­سنجی نورتابی (PL) و بیناب‌سنجی تبدیل فوریۀ ریزموج ,(FTIR) مورد بررسی قرار گرفت. با افزایش در کسر مولی x در نمونه­‌ها، ثابت شبکه (a) و اندازۀ بلورک­ها (D) کاهش می­یابد که نشان­دهندۀ آلایش ساختار اکسید منیزیم به نیکل و تشکیل محلول جامد NixMg1-xO است. گاف انرژی با افزایش غلظت آلاینده، کاهش می­یابد که نشان می­دهد جانشانیِ یون های  2+Ni در ساختار MgO باعث ایجاد برخی از تغییرات در سطح انرژی و خصوصیات جذب نوری مرتبط با انواع مراکز رنگی F در اثر وجود جاخالی­های اکسیژن می­شود‏..

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Synthesis of NixMg1-xO nano particles solid solution by sol-gel self combustion method and investigation of its structural and optical properties

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Ashrafi 1
  • Hossein Mokhtari 1
  • Amir Alhaji 2
  • S J Hashemifar 3

1 Faculty of Physics, Yazd University, Yazd, Iran

2 Faculty of Materials, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran

3 Faculty of Physics, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran

چکیده [English]

In this paper, the NixMg1-x O (0.1 ≤ x ≤ 0.4) solid solution nano-powder was synthesized by new and soft non-alkoxide sol-gel self-combustion method. In this method, Ni(NO3)3·6H2O, Mg(CH3COO)2·4H2O and Citric acid (CA), were used as Ni2+, Mg2+ ion and gelling and combusting source, respectively. Then, by thermal gravimetric analysis (TGA) the chemical reaction and the appropriate temperature to form a stable compound were determined. The influences of molar ratio of component (x) on structural and optical properties of samples have been investigated by X-ray diffraction (XRD), field-emission scanning electron microscope (FESEM), diffuse reflectance spectroscopy (DRS), photoluminescence (PL), and Fourier transform infrared (FTIR) analysis. By increasing in x, all the samples are shown decreasing ecreasing in lattice parameter (a) and crystallite size (D), which indicates the contamination of magnesium oxide with nickel and the formation of NixMg1-xO solid solution. The Band gap was decreased by increasing in x which shows that Ni2+ ions in MgO structure causes some modifications in the energy levels and the optical absorbance characteristics associated with F centers due to oxygen defect centers.

کلیدواژه‌ها [English]

  • NixMg1-xO Solid solution
  • nano particles
  • self-combustion sol gel
  • optical properties
  • band structure
  1. D Sumanth Kumar, et al., “Synthesis of Inorganic Nanomaterials”, Woodhead Publishing (2018).
  2. M A Virji, et al., “Comprehensive Materials Processing”, Elsevier, Oxford, (2014.
  3. S T Aruna and A S Mukasyan, Current Opinion in Solid State and Materials Science 12 (2008) 44.
  4. J Azadmanjiri, et al., Materials Letters 61 (2007) 84.
  5. A Sutka, et al., Physica Scripta 83 (2011) 025601.
  6. W Chen, “Doped Nanomaterials and Nanodevices”, American Scientific Publishers 3 (2010).
  7. R N Bhargava, USA Patent US5446286A (1994).
  8. J McCloy, et al., “Infrared-Transmitting Glass-Ceramics: A Review”, 8708 (2013).
  9. A C F M Costa, et al., Journal of Alloys and Compounds 495 (2010) 503.
  10. C- C Hwang, J- S Tsai and T- H Huang, Materials Chemistry and Physics 93 (2005) 330.
  11. A C F M Costa, et al., Journal of Alloys and Compounds 483 (2009) 37.
  12. C- C Hwang, et al., Materials Science and Engineering B 111 (2004) 49.
  13. K H Wu, et al., Materials Science and Engineering B 123 (2005) 227.
  14. P Hu, et al., Journal of Magnetism and Magnetic Materials 323 (2011) 569.
  15. O Madelung, U Rössler, and M Schulz “NiO: lattice parameter, thermal expansion: Datasheet from Landolt-Börnstein - Group III Condensed Matter”, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 41D (1999).
  16. O Madelung, U Rössler, and M Schulz, “Magnesium oxide (MgO) crystal structure, lattice parameters, thermal expansion”, Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, 32A (1999).
  17. L G Ferguson, F Dogan, Materials Science and Engineering: B 83 (2001) 35.
  18. R J Powell, W E Spicer, Physical Review B 2 (1970) 2182.
  19. I V Abarenkov, I M Antonova, physica status solidi (b) 92 (1979) 389.
  20. Y Guo, et al., Thin Solid Films, 558 (2014) 311.
  21. T Liu, R Stokes and C Li, Journal of the American Ceramic Society 47 (2006) 276
  22. R Kumar, et al., AIP Conference Proceedings, 1728 (2016).
  23. M Jafarbegloo, et al, Catalysis Letters 146 (2016) 238.
  24. Y Zhang, et al., Materials Science-Poland 28 (2010) 21.
  25. Y Hu, Catalysis Today 148 (2009) 206.
  26. Z Ji, et al., Journal of Crystal Growth 273 (2005) 446.
  27. J W Mares, et al., Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 7603 (2010).
  28. M Jafarbegloo, et al, Journal of Natural Gas Science and Engineering 27 (2015) 1165.
  29. N Budiredla, et al., ISRN Nanomaterials 2012 (2012) 865373.
  30. R Zanganeh, M Rezaei and A Zamaniyan, Advanced Powder Technology 25 (2014) 1111.
  31. J Deng, et al., Journal of Applied Physics 112 (2012) 123703.
  32. C Kittel, “Introduction of solid state physics”, Wiley Eastern Ltd, New Delhi (1979).
  33. W A Weyl, Journal of Applied Physics 17 (1946).
  34. G L Roberts and F H Field, Journal of the American Chemical Society, 72 (1950).
  35. F Kröger, H Vink and J Boomgaard, Physica, 18 (1952) 77.
  36. J I Pankove, “Optical Processes in Semiconductors”, Dover Publications Inc., New York, DOI (1971).
  37. A L Companion, “Theory and Applications of Diffuse Reflectance Spectroscopy”, Springer US, Boston, MA, DOI (1965).
  38. M V Iverson, J C Windscheif, and W A Sibley, Applied Physics Letters 36 (1980) 183.
  39. R C Boutwell, et al., Thin Solid Films, 520 (2012) 4302.
  40. N Hiroki, et al, Applied Physics Express 8 (2015) 105801.
  41. C A Niedermeier, et al., Scientific Reports 6 (2016) 31230.
  42. W J Tropf, M E Thomas and T J Harris, “Optical and physical properties of materials”, McGraw-Hill , INC., New York, 2 (1995).
  43. F Gu, et al., Journal of Crystal Growth, 260 (2004) 507.
  44. J L G P V Sushko and A L Shluger, Phys. Chem.B 106 (2002) 2269.
  45. L Ojamäe and C Pisani, The Journal of Chemical Physics 109 (1998) 10984.
  46. D Ricci, et al., The Journal of Chemical Physics, 117 (2002) 2844.
  47. H- M Benia, et al., Physical Review B 81 (2010) 241415.
  48. G H Rosenblatt, et al., Physical Review B, 39 (1989) 10309.
  49. A Kumar, et al, Journal of Luminescence, 131 (2011) 640.
  50. K Uchino and S Nomura, Ferroelectrics, 17 (1978) 505.
  51. A Kumar, et al., Research Journal of Chemical Sciences, 5 (2015) 1.
  52. O Deutschbein, Annalen der Physik, 406 (1932) 712.
  53. G Huber, et al., Journal of Luminescence, 39 (1988) 259.
  54. S P S Porto, D L Wood, Applied Optics, 1 (1962) 139.
  55. A M C M Boubeta, et al., Solid State Commun. 151 (2011)

تحت نظارت وف ایرانی