The structural, magnetic, and optical properties of flame spray pyrolysis-derived spinel NiFe2O4 nanoparticles

Yıldırım S., Özler B., Özdemir E. T., Erol M., Dikici T., Oğuzlar S.

AMERICAN CERAMIC SOCIETY, JOURNAL, cilt.108, sa.1, ss.1-13, 2024 (SCI-Expanded)

  • Yayın Türü: Makale / Tam Makale
  • Cilt numarası: 108 Sayı: 1
  • Basım Tarihi: 2024
  • Doi Numarası: 10.1111/jace.20220
  • Dergi Adı: AMERICAN CERAMIC SOCIETY, JOURNAL
  • Derginin Tarandığı İndeksler: Science Citation Index Expanded (SCI-EXPANDED), Scopus, Academic Search Premier, Periodicals Index Online, Aerospace Database, Applied Science & Technology Source, Art Source, Chemical Abstracts Core, Chimica, Communication Abstracts, Compendex, Computer & Applied Sciences, EBSCO Education Source, INSPEC, Metadex, Civil Engineering Abstracts
  • Sayfa Sayıları: ss.1-13
  • Dokuz Eylül Üniversitesi Adresli: Evet

Özet

Bu çalışmada, spinel NiFe2O4 nanoparçacıkları tek aşamalı alev sprey piroliz tekniği kullanılarak sentezlenmiş ve 500◦C'de 4 saat süreyle tavlamaya tabi tutulmuştur. Tavlama öncesi ve sonrasında nanoparçacıkların termal, yapısal, elementel, morfolojik, manyetik ve fotolüminesans özellikleri sırasıyla termogravimetri-diferansiyel termal analizör, X-ışını kırınımı (XRD), X-ışını fotoelektron spektroskopisi, taramalı elektron mikroskopisi, dinamik ışık saçılımı, titreşimli örnek manyetometresi ve floresans spektrometresi kullanılarak değerlendirilmiştir. Sonuçlar, tavlama sonrası partikül boyutunda ortalama 80 nm'den yaklaşık 140 nm'ye belirgin bir artış olduğunu ortaya koymuştur. XRD, kübik spinel yapının, ek fazlar ortaya çıkmadan, ısıl işlem sonrası artan kristallik ve tane büyümesi ile korunduğunu doğruladı. Fotolüminesans analizi, hem hazırlandığı haliyle hem de tavlama sonrası yaklaşık 364 nm'de uyarma ile 500 nm'de mavi emisyona ve 550 nm'de yeşil emisyona yol açan farklı mavi ve yeşil emisyon bantları gösterdi. Ek olarak, manyetik karakterizasyon, tavlama işleminin manyetik özellikler üzerindeki olumlu etkisinin altını çizerek, doygunluk mıknatıslanmasında hazır numuneler için 16.31 emu/g'dan tavlama sonrası 29.68 emu/g'a bir iyileşme olduğunu ortaya koymuştur. Bu bulgular, ısıl işlemle manyetik ve fotolüminesans özelliklerinde yapılan değişikliklerle manyetik veri depolama, hedefe yönelik ilaç dağıtımı ve biyo-görüntüleme alanlarındaki uygulamalar için uyarlanmış NiFe2O4 nanoparçacıklarının potansiyelini vurgulamaktadır.

In this study, spinel NiFe2O4 nanoparticles were synthesized employing a one-step flame spray pyrolysis technique and subjected to annealing at 500◦C for 4 h.Thermal, structural, elemental, morphological, magnetic, and photolumines-cence properties of the nanoparticles before and after annealing were evaluatedusing thermogravimetry–differential thermal analyzer, X-ray diffraction (XRD),X-ray photoelectron spectroscopy, scanning electron microscopy, dynamic lightscattering, vibrating sample magnetometry, and fluorescence spectrometer,respectively. Results revealed a pronounced increase in particle size from an aver-age of 80 nm to approximately 140 nm postannealing. XRD verified the retentionof the cubic spinel structure with enhanced crystallinity and grain enlarge-ment post-thermal treatment, without the emergence of additional phases. Thephotoluminescence analysis showed distinct blue and green emission bands,with excitation at about 364 nm leading to blue emission at 500 nm and greenemission at 550 nm both as-prepared and postannealing. Additionally, magneticcharacterization revealed an improvement in saturation magnetization from16.31 emu/g for the as-prepared samples to 29.68 emu/g postannealing, under-scoring the annealing process’s positive impact on magnetic properties. Thesefindings emphasize the potential of tailored NiFe2 O 4 nanoparticles for applica-tions in magnetic data storage, targeted drug delivery, and bioimaging, driven bymodifications in their magnetic and photoluminescence characteristics throughthermal treatment.