Написати автору Синтез та електрофізичні властивості наноструктурних композитів NіCо/BaTiO3 та NiCo/TiO2
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp14.02.173
Анотація
Нанокомпозити, що містять компоненти з напівпровідниковими, сегнетоелектричними та феромагнітними властивостями, привертають значну увагу фахівців завдяки широкому спектру можливих застосувань: каталіз та електрокаталіз, електродні матеріали для сонячних і паливних елементів, конденсатори, електричні та біосенсори, антикорозійні покриття та багато іншого. В останні роки як фундаментальний, так і прикладний інтерес до цього напряму досліджень зумовлений можливістю створення нового типу керованих НВЧ-пристроїв і засобів.
Метою роботи є розробка методів синтезу наноструктурованих NiCo композитів на основі BaTiO3 і TiO2, а також встановлення відмінностей і закономірностей їхніх фізико-хімічних властивостей. Отримано дві серії зразків з різним вмістом наночастинок NiCo на основі оксиду титану (TiO2) і титанату барію (BaTiO3). Частинки NiCo отримано методом хімічного осадження карбонатів нікелю та кобальту в рівних частинах з розчину гідразингідрату при 350 K.
Результати рентгенофазового аналізу свідчать про хімічну чистоту одержаних зразків. Значення ε′, ε″ на частоті 9 ГГц для системи NiCo/BaTiO3 вдвічі вищі порівняно з NiCo/TiO2 для відповідних значень вмісту NiCo, що зумовлено вищими значеннями ε′, ε″ вихідного титанату барію. Електропровідність системи NiCo/BaTiO3 змінюється на шість порядків, що свідчить про утворення суцільного перколяційного кластера металевих частинок на поверхні діелектричних частинок BaTiO3. Композити термостійкі до 630 K, що підтверджено методом термогравіметрії та мають виражені магнітні властивості.
Розроблено програму для розрахунку частотних залежностей коефіцієнтів відбиття та поглинання в комплексному вигляді. Розраховано коефіцієнти поглинання електромагнітних хвиль для композитів від частоти випромінювання та положення мінімумів цих характеристик, які задовільно узгоджуються з експериментом. Отримані композити можуть бути перспективними компонентами для отримання композитних систем і фарб для захисту від електромагнітного випромінювання.
Ключові слова
Повний текст:
Посилання
Arshad M., Khan W., Abushad M., Nadeem M., Husain S., Ansari A., Chakradhary K.V. Correlation between structure, dielectric and multiferroic properties of lead free Ni modified BaTiO3 solid solution. Ceram. Int. 2020. 46(17): 27336. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.07.219
Nematollahi R., Ghotbi C., Khorasheh F., Larimi A. Ni-Bi co-doped TiO2 as highly visible light response nano-photocatalyst for CO2 photo-reduction in a batch photo-reactor. J. CO2 Util. 2020. 41: 101289. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2020.101289
Ray S.K., Cho J., Hur J. A critical review on strategies for improving efficiency of BaTiO3-based photocatalysts for wastewater treatment. J. Environ. Manage. 2021. 290: 112679. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112679
Sharma M., Gaur A. Fabrication of PVDF/BaTiO3/NiO nanocomposite film as a separator for supercapacitors. J. Energy Storage. 2021. 38: 102500. https://doi.org/10.1016/j.est.2021.102500
Abbas T., Tahir M. Tri-metallic Ni-Co modified reducible TiO2 nanocomposite for boosting H2 production through steam reforming of phenol. Int. J. Hydrogen Energy. 2021. 46(13): 8932. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.12.209
Xie S., Li L., Jin L., Wu Y., Liu H., Qin Q., Wei X., Liu J., Dong L., Li B. Low temperature high activity of M (M = Ce, Fe, Co, Ni) doped M-Mn/TiO2 catalysts for NH3-SCR and in situ DRIFTS for investigating the reaction mechanism. Appl. Surf. Sci. 2020. 515: 146014. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.146014
Malathi S., Pakrudheen I., Kalkura S.N., Webster T.J., Balasubramanian S. Disposable biosensors based on metal nanoparticles. Sens. Int. 2022. 3: 100169. https://doi.org/10.1016/j.sintl.2022.100169
Alwarappan S., Nesakumar N., Sun D., Hu T.Y., Li C.-Z. 2D metal carbides and nitrides (MXenes) for sensors and biosensors. Biosens. Bioelectron. 2022. 205: 113943. https://doi.org/10.1016/j.bios.2021.113943
Aroua W., Derbali J., Raaif M., Malek F.A. Design of a new label free active biosensor based on metallic nanoparticles-doped graphene nanodisk platform. Opt. Commun. 2022. 515: 128220. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2022.128220
Zhang G., Fürst M., Lengauer W., Zhang J., Ke Z., Xu X., Wu H. On the use of TiO2 in Ti(C,N)-WC/Mo2C-(Ta,Nb)C-Co/Ni cermets. International. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. International. 2020. 91: 105274. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2020.105274
Kumar A., Kashyap M.K., Kumar S., Kumar P., Asokan K. Effect of dilute co-doping of Ni and Cr on physical properties of TiO2 nanoparticles. Vacuum. 2020. 181: 109658. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109658
Yousefi E., Sharafi S., Irannejad A. The structural, magnetic, and tribological properties of nanocrystalline Fe-Ni permalloy and Fe-Ni-TiO2 composite coatings produced by pulse electro co-deposition. J. Alloys Compd. 2018. 753: 308. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.04.232
Gupta P., Mahapatra P.K., Choudhary R.N.P. Investigation on structural and electrical properties of Co and W modified BaTiO3. Ceram. Int., Part B. 2019. 45(17): 22862. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.07.329
Hasan M., Akther Hossain A.K.M. Structural, electronic and optical properties of strontium and nickel co-doped BaTiO3: A DFT based study. Comput. Condens. Matter. 2021. 28: 1. https://doi.org/10.1016/j.cocom.2021.e00578
Liu Q., Cao Q., Bi H., Liang C., Yuan K., She W., Yang Y., Che R. CoNi@SiO2 @TiO2 and CoNi@air@TiO2 microspheres with strong wideband microwave absorption. Adv. Mater. 2016. 28(3): 486. https://doi.org/10.1002/adma.201503149
Zhao J., Lu Y.J., Ye W.L., Wang L., Liu B., Lv S.S., Chen L.X., Gu J.W. Enhanced wave- absorbing performances of silicone rubber composites by incorporating C-SnO2-MWCNT absorbent with ternary heterostructure. Ceram. Int. 2019. 45(16): 20282. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.06.302
Yuan X.Y., Wang R.Q., Huang W.R., Liu Y., Zhang L.F., Kong L., Guo S.W. Lamellar vanadium nitride nanowires encapsulated in graphene for electromagnetic wave absorption. Chem. Eng. J. 2019. 378: 122203. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122203
Yang X.T., Fan S.G., Li Y., Guo Y.Q., Li Y.G., Ruan K.P., Zhang S.M., Zhang J.L., Kong J., Gu J.W. Synchronously improved electromagnetic interference shielding and thermal conductivity for epoxy nanocomposites by constructing 3D copper nanowires/thermally annealed graphene aerogel framework. Composites, Part A. 2020. 128: 105670. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2019.105670
Xiong J., Xiang Z., Deng B., Wu M., Yu L., Liu Z., Cui E., Pan F., Liu R., Lu W. Engineering compositions and hierarchical yolk-shell structures of NiCo/GC/NPC nanocomposites with excellent electromagnetic wave absorption properties. Appl. Surf. Sci. 2020. 513: 145778. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.145778
Deng B., Xiang Z., Xiong J., Liu Z., Yu L., Lu W. Sandwich-like Fe&TiO2@C nanocomposites derived from MXene/Fe-MOFs hybrids for electromagnetic absorption. Nano Micro Lett. 2020. 12: 55. https://doi.org/10.1007/s40820-020-0398-2
Li X., Wang Z., Xiang Z., Zhu X., Dong Y., Huang C., Cai L., Lu W. Biconical prisms Ni@C composites derived from metal-organic frameworks with an enhanced electromagnetic wave absorption. Carbon. 2021. 184: 115. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.08.025
Seiti D., Viana F., Jesus A., De Oliveira A., Charles K.R., Jimenez P., Milton F.P., Eiras J.A., Santos G.M., Garcia D. Synthesis and multiferroic properties of particulate composites resulting from combined size effects of the magnetic and ferroelectric phases. Ceram. Int. 2022. 48(1): 931. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.09.177
An F., Zi M., Chen Q., Liu C., Qu K., Jia T., Huang M., Zhong G. Flexible room-temperature multiferroic thin film with multifield tunable coupling properties. Mater. Today Phys. 2022. 23: 100615. https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2022.100615
Kossar S., Amiruddin R., Rasool A., Santhosh Kumar M.C., Katragadda N., Mandal P., Ahmed N. Study on ferroelectric polarization induced resistive switching characteristics of neodymium-doped bismuth ferrite thin films for random access memory applications. Curr. Appl. Phys. 2022. 39: 221. https://doi.org/10.1016/j.cap.2022.04.013
Ganyuk L.M., Ignatkov V.D., Makhno S.M., Soroka P.M. Investigation Researching the electrical power of fibrous material. Ukr. J. Phys. 1995. 40(6): 627.
Bogatyrov V.M., Borisenko M.V., Oranska O.I., Galaburda M.V., Makhno S.M., Gorbyk P.P. Synthesis and properties of Ni/C, Co/C, and Cu/C metal-carbon nanocomposites with high metal content. Surface. 2017. 24(9): 136. https://doi.org/10.15407/Surface.2017.09.136
Moskaluk V.O., Saurova T.A. Field theory. (Kyiv: Sikorsky KPU, 2018).
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp14.02.173
Copyright (©) 2023 S. M. Makhno, O. M. Lisova, G. M. Gunya, P. P. Gorbyk, M. T. Kartel
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.