Вплив заміщення йонів Ніклю немагнетними йонами Кадмію на структурні і оптичні властивості фериту ніклю

Abstract

В даній роботі порошки нікель-кадмійових феритів було синтезовано методою золь—ґель за участю автогоріння. Після проходження процесу автогоріння одержано однофазний ферит NiFe₂O₄ з кубічною структурою шпінелі просторової групи Fd3m. Порошки феритів, що містять йони заміщення, мали додаткові фази оксидів NiO, CdO та α-Fe₂O₃. Після випалу за температури у 900°C протягом 3 годин було одержано монофазні порошки. Виявлено, що середній розмір областей когерентного розсіяння однофазних порошків знаходиться в діяпазоні 42—61 нм. Встановлено, що параметр ґратниці зі збільшенням вмісту йонів Cd²⁺ зростає. Вивчено оптичні властивості порошків феритів залежно від ступеня заміщення йонів Ніклю на йони Кадмію. Завдяки аналізі спектрів поглинання виявлено, що для всіх досліджуваних порошків Ni—Cd-феритів притаманний прямий дозволений перехід електронів із валентної зони в зону провідности. Показано, що оптична ширина забороненої зони збільшується з ростом концентрації йонів Кадмію в складі феритів і знаходиться в межах 1,91—2,56 еВ.

В данной работе порошки никель-кадмиевых ферритов были синтезированы с помощью метода золь—гель с участием автогорения. После прохождения процесса автогорения получен однофазный феррит NiFe₂O₄ с кубической структурой шпинели пространственной группы Fd3m. В порошках ферритов, содержащих немагнитные ионы замещения, имелись дополнительные фазы оксидов NiO, CdO и α-Fe₂O₃. После обжига при температуре 900°C в течение 3 часов получены монофазные порошки. Выявлено, что средний размер областей когерентного рассеяния однофазных порошков находится в диапазоне 42—61 нм. Установлено, что параметр решётки с увеличением содержания ионов Cd²⁺ растёт. Изучены оптические свойства порошков ферритов в зависимости от степени замещения ионов никеля на ионы кадмия. Посредством анализа спектров поглощения выявлено, что для всех исследуемых порошков Ni—Cd-ферритов присущ прямой разрешённый переход электронов из валентной зоны в зону проводимости. Показано, что оптическая ширина запрещённой зоны увеличивается с ростом концентрации ионов кадмия в составе ферритов и находится в пределах 1,91—2,56 эВ.

In this study, powders of nickel—cadmium ferrites are synthesised using sol—gel technology and autocombustion (SGA method). After completing the process of autocombustion, a single-phase NiFe₂O₄ powder is obtained with a spinel cubic structure of space group Fd3m. In the ferrite powders, containing substituting nonmagnetic ions, additional phases of the NiO, CdO and α-Fe₂O₃ oxides are also enclosed. After burning at a temperature of 900°C for 3 hours, the monophase powders are obtained. The average size of coherent scattering regions of monophase powders is found to be in the range of 42—61 nm. As shown, the lattice parameter increases with increasing content of Cd²⁺ ions. The optical properties of ferrite powders are studied depending on the degree of substitution of nickel ions with the cadmium ones. As a result of analysis of the absorption spectra, it is revealed that, for all investigated powders, the allowed direct transition of electrons from the valence band to the conduction band is inherent. As shown, the optical band gap increases with increasing concentration of cadmium ions in the ferrite structure, and it is in the range of 1.91 to 2.56 eV.