Влияние окислительно-восстановительного соотношения на структурные и магнитные свойства наноферритов Znx0.5Mn0.5Fe2O4 синтезированные методом глицин-нитратного растворного горения
https://doi.org/10.17586/2220-8054-2025-16-6-818-828
Аннотация
Наноструктурированные ферриты Zn₀.₅Mn₀.₅Fe₂O₄ были синтезированы методом глицин-нитратного растворного горения при соотношении топлива к окислителю f в диапазоне от 0,4 до 1,6, для определения влияния окислительно-восстановительного соотношения на структуру и магнитные свойства. Рентгеновская дифракция подтверждает образование однофазной кубической шпинели для всех составов, при этом размер кристаллитов изменяется от ~8 до 108 нм, а минимальные значения как размера кристаллитов, так и параметра решетки (8,420 Å) получены в условиях дефицита топлива (f = 0,4); микродеформации решетки не превышают 0,5%. Метод СЭМ показал наличие агломератов размером 3–5 мкм, состоящие из частиц размером 30–190 нм, в то время как химический анализ методом ЭДС показал соотношения катионов близкие к теоретическому составу. Магнитные измерения при температуре 300 К демонстрируют типичное магнитомягкое поведение: намагниченность насыщения варьируется от 16,1 до 68,3 эме/г, остаточная намагниченность – от 1,8 до 20,3 эме/г, а коэрцитивная сила – от 34,7 до 85,6 Э. Все эти параметры эффективно регулируются содержанием топлива. Наибольшая намагниченность насыщения достигается вблизи стехиометрического соотношения (f ≈ 0,8–1,0), тогда как избыток топлива приводит к увеличению коэрцитивной силы за счет измельчения микроструктуры и деформации решетки. Установленные корреляции между условиями горения, структурными параметрами и изменениями магнитных свойств показывают, что контролируемое изменение соотношения топлива является эффективным инструментом для адаптации нанопорошков цинк-марганцевого феррита для применения в качестве магнитомягких материалов с низкими потерями.
Об авторах
Н. В. КирьяновРоссия
К. Д. Мартинсон
Россия
Список литературы
1. Ott G., Wrba J., Lucke R., Recent developments of Mn–Zn ferrites for high permeability application. J. of Magnetism and Magnetic Materials, 2003, 254–255, P. 535–537.
2. Chen Z., Li T., Wang A., Shi M., Han B., The latest research progress on MnZn ferrite and their applications. Open Ceramics, 2025, 21, 100732.
3. Thakur P., Chahar D., Taneja S., Bhalla N., Thakur A., A review on MnZn ferrites: Synthesis, characterization and applications. Ceramics International, 2020, 46 (10), P. 15740–15763.
4. Bai Y.-H., Xia Q.-H., Zhang D.-Y., Mn–Zn ferrite foam concrete: Enhanced electromagnetic wave absorption and pore structure by incorporating carbon fibers. Ceramics International, 2024, 50 (14), P. 25578–25597.
5. Arulmurugan R., Vaidyanathan G., Sendhilnathan S., Jeyadevan B., Mn–Zn ferrite nanoparticles for ferrofluid preparation: Study on thermal– magnetic properties. J. of Magnetism and Magnetic Materials, 2006, 298 (2), P. 83–94.
6. Slavu L.M., Rinaldi R., Corato R.D., Application in nanomedicine of Manganese-Zinc ferrite nanoparticles. Applied Sciences, 2021, 11 (23), 11183.
7. Mathew D.S., Juang R.-S., An overview of the structure and magnetism of spinel ferrite nanoparticles and their synthesis in microemulsions. Chemical Engineering J., 2007, 129 (1–3), P. 51–65.
8. Deepty M., Srinivas C., Mohan N.K., Kumar E.R., Singh S., Meena S.S., Bhatt P., Sastry D.L., Chemical synthesis of Mn–Zn magnetic ferrite nanoparticles: Effect of secondary phase on extrinsic magnetic properties of Mn–Zn ferrite nanoparticles. Ceramics International, 2024, 50 (11), P. 18446–18453.
9. Etemadi H., Plieger P.G., Synthesis and characterisation of MxFe3−xO4 (M = Fe, Mn, Zn) spinel nanoferrites through a solvothermal route. J. of Materials Science, 2021, 56, P. 17568–17583.
10. Jiang H., Xu X., Zhang R., Zhang Y., Chen J., Yang F., Nano ferrites (AFe2O4, A = Zn, Co, Mn, Cu) as efficient catalysts for catalytic ozonation of toluene. RSC Advances, 2020, 10, P. 5116–5128.
11. Dyachenko S.V., Martinson K.D., Cherepkova I.A., Zhernovoi A.I., Particle size, morphology, and properties of transition metal ferrospinels of the MFe2O4 (M = Co, Ni, Zn) type, produced by glycine-nitrate combustion. Russian J. of Applied Chemistry, 2016, 89 (4), P. 535–539.
12. Praveena K., Sadhana K., Bharadwaj S., Murthy S.R., Development of nanocrystalline Mn–Zn ferrites for high frequency transformer applications. J. of Magnetism and Magnetic Materials, 2009, 321 (16), P. 2433–2437.
13. Kaewmanee T., Phuruangrat A., Thongtem T., Thongtem S., Solvothermal synthesis of Mn–Zn Ferrite(core)@SiO2(shell)/BiOBr0.5Cl0.5 nanocomposites used for adsorption and photocatalysis combination. Ceramics International, 2020, 46 (3), P. 3655–3662.
14. Martinson K.D., Kozyritskaya S.S., Panteleev I.B., Popkov V.I., Low coercivity microwave ceramics based on LiZnMn ferrite synthesized via glycine-nitrate combustion. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 2019, 10 (3), P. 313–317.
15. Hu Y., Zou B., Xing H., Liu J., Chen Q., Wang X., Li L., Preparation of Mn–Zn ferrite ceramic using stereolithography 3D printing technology. Ceramics International, 2022, 48 (5), P. 6923–6932.
16. Jain S.K., Dolia S.N., Choudhary B.L., Prashant B.L., Structural and morphological study of Zn0.9Mn0.05Fe0.05O synthesized by sol-gel wet chemical precipitation route. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018, 348, 012004.
17. Venkatachalapathy R., Manoharan C., Venkateshwarlu M., Elfadeel G.A., Saddeek Y., Solution combustion route for Ni and Al co-doped lithium ferrite nanoparticles: Synthesis, the effect of doping on the structural, morphological, optical, and magnetic properties. Ceramics International, 2023, 49 (4), P. 6594–6607.
18. Martinson K.D., Ivanov A.A., Panteleev I.B., Popkov V.I., Effect of sintering temperature on the synthesis of LiZnMnFe microwave ceramics with controllable electro/magnetic properties. Ceramics International, 2021, 47 (21), P. 30071–30081.
19. Smirnova M.N., Nikiforova G.E., Kondrat’eva O.N., Synthesis of magnesium ferrite by combustion of glycine-nitrate gel: the influence of reagents on the gel-precursor and the microstructure of nanopowders. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 2024, 15 (2), P. 224–232.
20. Saukhimov A.A., Hobosyan M.A., Dannagoda G.C., Zhumabekova N.N., Almanov G.A., Kumekov S.E., Martirosyan K.S., Solution-combustion synthesis and magnetodielectric properties of nanostructured rare earth ferrites. International J. of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, 2015, 24, P. 63–71.
21. Martinson K.D., Sakhno D.D., Belyak V.E., Kondrashkova I.S., Ni0.4Zn0.6Fe2O4 Nanopowders by Solution-Combustion Synthesis: Influence of Red/Ox Ratio on their Morphology, Structure, and Magnetic Properties. Int. J. of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, 2020, 29 (4), P. 202–207.
22. Hwang C.-C., Tsai J.S., Huang T.-H., Combustion synthesis of Ni–Zn ferrite by using glycine and metal nitrates—investigations of precursor homogeneity, product reproducibility, and reaction mechanism. Materials Chemistry and Physics, 2005, 93 (2–3), P. 330–336.
23. Nadargi D., Umar A., Nadargi J., Patil J., Mulla I., Akbar S., Suryavanshi S., Spinel Magnesium Ferrite (MgFe2O4): A Glycine-Assisted Colloidal Combustion and Its Potentiality in Gas-Sensing Application. Chemosensors, 2022, 10 (9), 361.
24. Popkov V.I., Chebanenko M.I., Tenevich M.I., Buryanenko I.V., Semenov V.G., Solution combustion synthesis of iron-deficient Sc2−xFexO3 (x = 0.17 – 0.47) nanocrystals with bixbyite structure: The effect of spatial constraints. Ceramics International, 2022, 48 (24), P. 36046–36055.
25. Siddique F., Gonzalez-Cortes S., Mirzaei A., Xiao T., Rafiq M.A., Zhang X., Solution combustion synthesis: the relevant metrics for producing advanced and nanostructured photocatalysts. Nanoscale, 2022, 14, P. 11806–11868.
26. La P., Lei W., Wang X., Wei Y., Ma Y., Effects of excess NaClO4 on phases, size and magnetic properties of Ni–Zn ferrite powders prepared by combustion synthesis. Ceramics International, 2015, 41 (8), P. 9843–9848.
27. Martinson K.D., Belyak V.E., Sakhno D.D., Ivanov A.A., Lebedev L.A., Nefedova L.A., Panteleev I.B., Popkov V.I. Solution combustion assisted synthesis of ultra-magnetically soft LiZnTiMn ferrite ceramics. J. of Alloys and Compounds, 2022, 894, 162554.
28. Ortiz-Quinonez J.-L., Pal U., Villanueva M.S. Structural, Magnetic, and Catalytic Evaluation of Spinel Co, Ni, and Co–Ni Ferrite Nanoparticles Fabricated by Low-Temperature Solution Combustion Process. ACS Omega, 2018, 3 (11), P. 14986–15001.
29. Azadmanjiri J. Preparation of Mn–Zn ferrite nanoparticles from chemical sol–gel combustion method and the magnetic properties after sintering. J. of Non-Crystalline Solids, 2007, 353 (44–46), P. 4170–4173.
30. Kumar E.R., Jayaprakash R., The role of fuel concentration on particle size and dielectric properties of manganese substituted zinc ferrite nanoparticles. J. of Magnetism and Magnetic Materials, 2014, 366, P. 33–39.
31. Kumar E.R., Jayaprakash R., Effect of combustion rate and annealing temperature on structural and magnetic properties of manganese substituted nickel and zinc ferrites. J. of Magnetism and Magnetic Materials, 2013, 348, P. 93–100.
32. Varma A., Mukasyan A.S., Rogachev A.S., Manukyan K.V., Solution Combustion Synthesis of Nanoscale Materials. Chemical Reviews, 2016, 116 (23), P. 14493–14586.
33. Ahmia N, Benamira M., Messaadia L., Masmoudi R., Horwat D., Avramova I., Sol-gel auto-combustion synthesized ZnMn2O4 for efficient photocatalytic Congo red degradation: structural, kinetics, computational, and ecotoxicity analyses. J. of Physics and Chemistry of Solids, 2026, 208, 113038.
34. Abdo M.A., Al-Wafi R., AlHammad M.S., Highly efficient visible light driven photocatalytic activity of rare earth cerium doped zinc-manganese ferrite: Rhodamine B degradation and stability assessment. Ceramics International, 2023, 49 (17), P. 29245–29258.
35. Ivanovskaya M.I., Tolstik A.I., Kotsikau D.A., Pankov V.V., The structural characteristics of Zn-Mn ferrite synthesized by spray pyrolysis. Russian J. of Physical Chemistry A, 2009, 83, P. 2081–2086.
36. Ghodake U.R., Chaudhari N.D., Kambale R.C., Patil J.Y., Suryavanshi S.S., Effect of Mn2+ substitution on structural, magnetic, electric and dielectric properties of Mg–Zn ferrites. J. of Magnetism and Magnetic Materials, 2016, 407, P. 60–68.
37. Deraz N.M., Alarifi A., Preparation and characterization of nano-magnetic Mn0.5Zn0.5Fe2O4 system. International J. of Electrochemical Science, 2012, 7 (7), P. 5828–5836.
Рецензия
Для цитирования:
Кирьянов Н.В., Мартинсон К.Д. Влияние окислительно-восстановительного соотношения на структурные и магнитные свойства наноферритов Znx0.5Mn0.5Fe2O4 синтезированные методом глицин-нитратного растворного горения. Наносистемы: физика, химия, математика. 2025;16(6):818-828. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2025-16-6-818-828
For citation:
Kiryanov N.V., Martinson K.D. Effect of fuel-to-oxidizer ratio on the structural and magnetic properties of Zn0.5Mn0.5Fe2O4 nanoferrites synthesized via glycine-nitrate combustion. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2025;16(6):818-828. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2025-16-6-818-828
JATS XML
