University of Khartoum

Structural and Magnetic Studies of Pure and Doped Micro- and Nano-crystalline Materials with Perovskite- and Spinel Structures

Structural and Magnetic Studies of Pure and Doped Micro- and Nano-crystalline Materials with Perovskite- and Spinel Structures

Show simple item record

dc.contributor.advisor Rafat Mohamed Ibrahim en_US
dc.contributor.author Mohamed, Nodar Osman Khalifa
dc.date 2018
dc.date.accessioned 2018-02-13T08:10:27Z
dc.date.available 2018-02-13T08:10:27Z
dc.date.submitted 2017
dc.identifier.uri http://khartoumspace.uofk.edu/123456789/26117
dc.description.abstract Thestructural and magnetic properties of mechanosynthesized single-phased perovskite-related nanocrystalline particles pure and Ti4+-doped YFeO3 and TbFeO3 are reported in this thesis. We also report on the structural and magnetic properties of conventionally prepared single-phased spinel-related pure and Mn4+-doped Li0.5Fe2.5O4 microcrystalline particles of the composition Li0.5MnxFe2.5-yO4 (y =4x/3, x= 0.00, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30).The perovskite samples were mechanosynthesized in the air using a planetary ball mill machine. Ti4+-doped -Fe2O3 was used as a precursor to produce Ti4+-doped YFeO3 and TbFeO3 rather than using stoichiometric amounts of -Fe2O3 and TiO2. The average particles size determined from Transmission Electron Microscopy (TEM) and Scanning Electron Microscope (SEM). Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) confirms the formation of the expected structures. The Mössbauer spectra of all nanocrystalline perovskite samples show the presence of a ~20 % superparamagnetic component with blocking temperatures less than the 78 K. Rietveld refinement of the patterns as indicated by X-ray diffraction (XRD) and interatomic potential (atomistic) simulations with General Utility Lattice Program (GULP) show that the Ti4+ dopant ions to exclusively occupy octahedral B-sites in the doped perovskite materials. The magnetizations of the doped YFeO3 and TbFeO3 nanoparticles were found to be less than those of the pure bulk pristine materials. This is indicative of the presence collective magnetic excitations as well as reduced super-exchange magnetic interactions between the Fe3+ ions due to the presence of the non-magnetic Ti4+ ions. Additionally, the Ti4+-doped-YFeO3 and TbFeO3 nanocrystalline particles illustrate present of week ferromagnetism that could be attributed to spin canting and/or thermal spin reversal. In the spinel sample a series of Mn4+ doped- Li0.5MnxFe2.5-yO4 was conventially prepared. The Rietveld structural analysis of the Li0.5MnxFe2.5-yO4 (y =4x/3, x= 0.00, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30) indicate a slight increase in the lattice parameter with increasing Mn4+ content. The average of particle size was found to be depending on the Mn4+ concentrations. Rietveld structural and Mössbauer analyses indicated the Mn4+ dopant ions to substitute for Fe3+ at the octahedral B-sites of the spinel-related structure. These results as consistent with those inferred from atomistic simulations. The magnetic properties obtained from Mössbauer and VSM techniques, respectively, show the hyperfine magnetic fields at the Fe nuclear sites and the macroscopic magnetization to decrease with increasing Mn4+ concentrations. en_US
dc.publisher university of khartoum en_US
dc.subject تراكيب الاسبينيل ,البيرفوسكايتالنقيةوالمشوبة المايكرو- النانو بلورية ,دراسة تركيبية ومغنطيسية en_US
dc.subject Structural , Magnetic Studies of Pure ,Doped Micro, Nano-crystalline Materials, Perovskite, Spinel Structures en_US
dc.title Structural and Magnetic Studies of Pure and Doped Micro- and Nano-crystalline Materials with Perovskite- and Spinel Structures en_US
dc.Degree Ph.D en_US
dc.Faculty Science en_US
dc.description.arabic-abstract الخواص التركيبية والمغناطيسيةللمركبات شبيهة البيروفسكايت YFeO3 و TbFeO3والتي تم تشكيل بلورتها النانوية أحادية الطور بطريقة ميكانيكية في صورتهاالنقية والمشوبة بعنصر التيتانيوم Ti+4 قد تمت دراستها في هذه الاطروحة. قمنا ايضا بدراسة هذه الخواص لمركب شبيه الاسبينيل ذو التركيب Li0.5MnxFe2.5-yO4 (; x=0.00, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30, (y=4x/3 والذي تم تشكيل بلورته المايكروية أحادية الطوربالطريقة التقليدية. حُضرت عينات البيروفسكايت بطريقة ميكانيكية في الجو العادي باستخدام الة الطحن . تم استخدام اكسيد الحديد الفا المشوب بنسبة 10% من عنصر التيتانيوم كسلائف لانتاج المركبات YFeO3 و TbFeO3 المشوبة بالتيتانيوم بدلاًعن استخدام الطريقة القياسية المكافئة لخلط اكسيد الحديد مع اكسيد التيتانيوم. حدد متوسط حجم الجسيمات باستخدام المجهر الالكتروني الانتقالي (TEM) ووجد أنه يتراوح ما بين 10-50 نانوميتر وقد أكد تحويل فورييه الطيفي بالأشعة تحت الحمراء( FT-IR) تشكيل البنية المتوقعة. وقد أوضح طيف الموسباورلكل بلورات عينات البيروفسكايت النانوية المستخدمة عندما كانت درجة الحرارة اقل من 78 درجة مطلقة أن حوالي 20% من الجسيمات ذات خاصية بارامغناطيسية فائقة. واوضح كلاً من تحليل ريتفيلد وما اشير به بواسطة حيود الأشعة السينية وبرنامج المحاكاة (GULP) أن ايونات التيتانيوم الشائبة تشغل حصرياً موقع ثماني الأسطح B-site في مواد البيروفسكايت المشوبة. ووجد أيضاً أن المغناطيسية لجسيمات TbFeO3و YFeO3المشوبة بالتيتانيوم أقل من المواد السائبة ذات الجسيمات الكبيرة مما يدل علي وجود الإثارات المغناطيسية التجميعية, وكذلك نقصان تفاعلات تبادل الفائقية المغناطيسية بين ايونات الحديد نسية لوجود ايونات التيتانيوم غير المغناطيسية. بالاضافة إلى ذلك ابدت العينات النانوية المشوبة وجود خاصية فيرومغناطيسية ضعيفة وقد يعزى ذلك للميلان الاسبيني( المغزلي) أو للاسبين الحراري المعكوس. سلسلة من عينات الاسبينيل Li0.5Fe2.5-xO4 النقية والمشوبة بالمنجنيز قد حُضرت بالطريقة التقليدية . أشار تحليل ريتفيلد التركيبي ل Li0.5MnxFe2.5-xO4y=4x/3; x=0.00,0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30)( الي وجود زيادة طفيفة في معاملات الشبيكة مع زيادة تركيز المنجنيز رباعي التكافؤ. وجد ان متوسط حجم البلورة والجسيم يعتمد على تركيزات المنجنيز. وكذلك اوضح كلاً من تحليل ريتفيلد و الموسباور للتركيب ان المنجنيز الشائب يحل محل الحديد في الموقع ثماني الأسطح اي B-siteفي المركب شبيه الاسبينيل.هذه النتائج متوافقة مع النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام برنامج المحاكاة (GULP) .واوضحت تقنيات الموسباور والمقياس المغنطيسي للعينة المهتزة ((VSM أن من الخواص المغناطيسية التي تم الحصول عليها وجود مجالات مغناطيسية فائقة عند مواقع نواة الحديد وأن المغناطيسية تقل بزيادة تركيزات المنجنيز Mn4+. en_US

Files in this item

Files Size Format View

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Share

Search DSpace


Browse

My Account