وثيقة
Synthesis, structural and magnetic studies of (La1-xREx)0.7Sr0.3MnO3 (RE: Pr or Tm) and iron-substituted manganese : La0.7Sr0.3MnO3 and Pr0.64Sr0.36MnO3 manganite nanoparticles.
عناوين أخرى
تحضیر ودراسة الخصائص الھیكلیة والمغناطیسیة للمنغانیت ذو الجسیمات النانویة ...
الناشر
Sultan Qaboos University.
ميلادي
2023
اللغة
الأنجليزية
الموضوع
الملخص الإنجليزي
Four series of nanoparticle perovskites (La1-xPrx)0.7Sr0.3MnO3 (LPSMO) (0.0 ≤
x ≤ 1.0), (La1-xTmx)0.7Sr0.3MnO3 (LTSMO) (0.0 ≤ x ≤ 0.18), La0.7Sr0.3Mn1-xFexO3
(LSMFO) (0.0 ≤ x ≤ 0.30) and Pr0.64Sr0.36Mn1-xFexO3 (PSMFO) (0.0 ≤ x ≤ 0.30) were
synthesized at low temperature (700 - 800 o
C) by th e sol-gel method followed by
sintering. All samples were studied and characterized using X-ray powder
diffractometry (XRD), transmission electron microscope (TEM), Field-emission
scanning electron microscope equipped with an energy dispersive spectrometer
(FESEM/EDXS), Fourier transform Infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray
photoelectron spectroscopy (XPS), vibrating sample magnetometer (VSM) and
Mössbaour spectroscopy. XRD analysis shows that all samples are single-phase
perovskites with no impurities detected. LTSMO and LSMFO perovskites crystallized
in the Rhombohedral structure with the R-3c space group, whereas PSMFO
perovskites crystallized in the Orthorhombic structure with the Pnma space group. On
the other hand, LPSMO perovskite has a rhombohedral structure (R-3c space group)
for x ≤ 0.4 and an orthorhombic structure (Pbnm space group) for x ≥ 0.6. All
perovskites are in the nanoscale size with an average particle size in the range of 21-
70 nm. The FT-IR spectra for all samples show the appearance of two bands ranging
between 418 cm-1 and 634 cm-1
, which are attributed to M-O (M=La, Pr, Fe, Sr, and
Mn) stretching vibrations and M-O-M Bending vibrations. The appearance of
stretching and bending vibration modes indicates the formation of the perovskite
structure in agreement with XRD results. According to the XPS results, La, Pr, Tm,
and Fe oxidation states are +3, Sr +2, and O -2, whereas Mn has a mixed valence state
of Mn4+/Mn3+ and the ratio of Mn4+/Mn3+ remains almost the same. All samples exhibit
a ferromagnetic (FM) to paramagnetic (PM) phase transition at Curie temperature (TC).
The TC for LPSMO, LSMFO, and LTSMO nanocrystalline perovskites decreases
linearly (starting from 370 o
C) as x increases. However, for PSMFO nanocrystalline
perovskite, the TC decreases linearly for low x concentrations, while the decrease in
TC is almost small for x ≥ 0.16. Second-order phase transitions are observed in the
LPSMO, LSMFO, and PSMFO nanocrystalline perovskites, and the magnetic
coercivity (HC) for these nanocrystalline at T close to TC was found to be small (~ 10
Oe). The irreversibility temperature (Tirr) was observed to decrease for all investigated
samples. As x increases, the saturation magnetization (MS) of LSMFO, LTSMO, and
PSMFO perovskites decreases. For LPSMO perovskite, the MS for samples with an
orthorhombic structure increases with x, reaching a maximum value of 94.0 emu/g at
5 K for x = 1.0. However, for those with a rhombohedral structure, the maximum MS
(87.2 emu/g at 5 K) is achieved at x = 0.2. The maximum value of the magnitude of
the magnetic entropy change (-∆SM)max and the relative cooling power (RCP) for
orthorhombic LPSMO perovskite increases with x content, reaching a maximum value
of 2.92 J/kg.K and 350 J/kg respectively, at ∆µoH = 5 T for x = 1.0. On the other hand,
the rhombohedral LPSMO has the largest (-∆SM)max and RCP of 2.96 J/kg.K and 271
J/kg at ∆µoH = 5 T for x = 0.2. For PSMFO nanocrystalline perovskite, as the Fe
concentration increases, the (-∆SM)max and RCP decrease for all the samples, and
Pr0.64Sr0.36MnO3 has the largest (-∆SM)max and RCP of 3.16 J/kg.K, respectively, and
307 J/kg at ∆µoH = 5 T. For LSMFO perovskite, as the Fe concentration increases, the
(-∆SM)max decreases, while RCP increases for x≤0.08 and then decreases for x ≥ 0.12.
Lao.7Sr0.3Mn0.92Fe0.08O3 sample has the largest RCP (153 J/kg) at a low applied
magnetic field (2.8 T) and a phase transition temperature near room temperature. The
Room temperature Mössbauer spectra for LSMFO and PSMFO perovskites consist of
a single quadrupole doublet. The quadrupole splitting (∆) of the fitted doublet in the
Mössbauer spectra at 300 K increases linearly with increasing Fe concentration.
However, the range of variation in (∆) for PSMFO (0.31 - 0.50 mm/s) is greater than
that of LSMFO (0.28 - 0.39 mm/s). The isomer shift values (δ) for LSMFO and
PSMFO perovskites range from (0.33 - 0.37 mm/s) and (0.31 - 0.37 mm/s),
respectively, indicating the presence of a high spin Fe3+ state. This study demonstrates
that substituting Mn3+ with Fe3+ at the B-site of LSMFO and PSMFO, and substituting
La3+ with Pr3+ or Tm3+ at the A-site of (La1-xREx)0.7Sr0.3MnO3 can alter the phase
transition temperature TC and significantly change the magnetic properties of the
samples. In the case of LPSMO manganites, samples with 0.4 ≤ x ≤ 0.8 are considered
promising candidates for room-temperature magnetic refrigeration applications. The
parent compound (x = 0.0) of PSMFO manganites has the best (-∆SM)max and RCP
values, as well as a phase transition temperature that is close to room temperature,
making it suitable for room-temperature magnetic refrigeration applications. The
LSMFO manganite sample with x = 0.08 is regarded as the best candidate for
applications requiring refrigeration at room temperature. Among all three systems,
LPSM manganites may be considered good refrigerant materials at room temperature
or in the vicinity of room temperature.
المجموعة
URL المصدر
الملخص العربي
حضرت الجسیمات النانومتریة أحادیة الطور للمركبات التالیة 3MnO0.3Sr0.7)xPrx1-La) (1.0 ≤ x ≤ 0.0(
La0.7Sr0.3Mn1-xFexO3 ،(0.0 ≤ x ≤ 0.18) (LTSMO) (La1-xTmx)0.7Sr0.3MnO3 ،(LPSMO)
بواسطة) 0.0 ≥ x ≤ 0.30) (PSMFO ) Pr0.64Sr0.36Mn1-xFexO3و ،)0.0 ≥ x ≤ 0.30) (LSMFO)
تقنیة السائل الھلامي (gel - sol (متبوعة بالتسخین في درجات حرارة منخفضة. تمت دراسة جمیع العینات
باستخدام مقیاس حیود الأشعة السینیة (XRD(، والمجھرالإلكتروني عالي الدقة (TEM(، والمجھر إلإلكتروني
لمسح انبعاث المجال الكھربائي مزودا بمقیاس طیف مشتت للطاقة (EDXS / FESEM(، وتحویل فورییھ
الطیفي بالأشعة تحت الحمراء (IR-FT(، مطیافیة الأشعة السینیة الضوئیة (XPS(، مقیاس المغنطیسیة عن
ُظھر تحلیل ال XRD أن جمیع العینات ھي بیروفسكایت
طریق إھتزاز العینة (VSM (ومطیاف الموسباور. ی
أحادیة الطور دون وجود شوائب. تبلورت البروفسكایت LTSMO وLSMFO في بنیة معینیة السطوح (-R
c3(، بینما تبلورت البیروفسكایت PSMFO في بنیة المعین متعامد المحاور (Pnma(. من ناحیة أخرى، تحتوي
البروفسكایت LPSMO على عینات ذات بنیة معینیة السطوح (c-3R (لـلعینات ذات التركیز 0.4 ≥ x وعینات
ذات بنیة المعین متعامد المحاور (Pbnm (لـلعینات ذات التركیز 0.6 ≤ x. متوسط حجم الجسیمات لجمیع العینات
ُظھر أطیاف IR-FT في جمیع العینات ظھور نطاقین یتراوحان بین 418
ُعزى إلى اھتزازات التمدد O-M) Mn and Sr ,Fe ,Pr ,La = M (واھتزازات -1 المصنعة في حدود 70-21 نانومتر. ت
cm و 634 -1cm، والتي ت
الانحناء M-O-M . یشیر ظھور أوضاع اھتزاز التمدد والانحناء إلى تكوین بنیة البیروفسكایت بالتوافق مع نتائج
ًا لنتائج XPS، فإن حالات الأكسدة لـ La و Pr و Tm و Fe ھي ،3+ Sr ،2+ 2- O
حیود الأشعة السینیة. وفق
ًا. تظھر جمیع العینات 4+Mn / 3+Mn وتبقى نسبة 4+Mn / 3+Mn ، بینما Mn لھا حالة تكافؤ مختلطة
ثابتة تقریب
الحالة الفیرومغنطیسیة (FM (إلى الحالة البارامغنطیسیة (PM (عند درجة حرارة كوري (TC(. ً انتقالا من
تتناقص درجة حرارة كوري (TC (لـلبیروفسكایت النانوبلوریة LPSMO و LSMFO و LTSMO بشكل
ً خطي (بدء 370 درجة كلفن) مع زیادة x. ومع ذلك ، بالنسبة للبیروفسكایت النانوبلوري PSMFO، تنخفض ا من
ًا للعینات
ًا لتركیزات x المنخفضة ، بینما یكون الانخفاض في (TC ً ( صغیرا تقریب
درجة حرارة كوري (TC (خطی
ذات التركیز 0.6 ≤ x. لوحظت انتقالات الطور من الدرجة الثانیة في سلسلة البیروفسكایت النانوبلوریة
LPSMO و LSMFO و PSMFO، ووجد أن المجال المغناطیسي الممانع (HC (لھذه البلورات النانویة عند
T بالقرب من (TC (صغیر (~ 10 أورستید). ھناك انخفاض في درجة حرارة اللارجعة (Tirr (لجمیع العینات
التي تم فحصھا بزیادة التركیز x. مع زیادة x ، تقل مغنطة التشبع المغناطیسي (MS (لـلبروفسكایت LSMFO
و LTSMO و PSMFO. بالنسبة إلى البروفسكایت LPSMO، فإن (MS (تزداد للعینات ذات بنیة المعین
متعامد المحاور مع إزدیاد التركیز x ، لتصل إلى قیمة قصوى تبلغ g/emu 94.0 عند 5 كلفن لـ 1.0 = x. ومع
ذلك ، بالنسبة للعینات ذات البنیة معینیة السطوح ، فإن القیمة القصوى ل (MS (ھي عند 0.2 = x وتبلغ 87.2
g/emu عند 5 كلفن. تزداد القیمة القصوى للتغیر في الأنتروبیا المغناطیسیة max)SM∆- (وقدرة التبرید النسبیة
(RCP (لبیروفسكایت LPSMO ذو بنیة المعین متعامد المحاور مع زیادة التركیز x، لتصل إلى قیمة قصوى
تبلغ K.kg/J 2.92 و kg/J 350 على التوالي، عند T 5 = µoH ∆لـ 1.0 = x. من ناحیة أخرى، یحتوي
البروفسكایت LPSMO المعیني السطوح على أكبر قیمة ل max)SM∆- (و RCP تبلغ K.kg/J 2.96 و 271
kg/J على التوالي عند 5 = µoH ∆لـ 0.2 = x. بالنسبة للبیروفسكایت PSMFO، مع زیادة تركیز الحدید،
ینخفض الحد الأقصى ل max)SM∆- (و RCP لجمیع العینات، وتكون العینة 3MnO0.36Sr0.64Pr لدیھا أكبر
بالنسبة .∆µoH = 5 T عند التوالي على 307 J/kg و 3.16 J/kg.K وتبلغ RCP و) -∆SM)max ل قیمة
لـلبروفسكایت LSMFO، فإنھ مع زیادة تركیز الحدید ، تنخفض max)SM∆- (بینما یزید RCP للعینات 0.08≥x
ثم تقل القیم لكلیھما عند 0.12≤x. تحتوي عینة 3O0.08Fe0.92Mn0.3Sr0.7La على أكبرقدرة تبرید نسبیة RCP
وتبلغ (kg/J 153 (في تغیر منخفض في المجال المغناطیسي (T 2.8 (ودرجة حرارة انتقال طور بالقرب من
درجة حرارة الغرفة. تتكون أطیاف الموسباور لدرجة حرارة الغرفة لـلبروفسكایت LSMFO وPSMFO من
ًا مع زیادة تركیز الحدید. ومع ذلك ، فإن نطاق
طیف ثنائي. یزید الانقسام رباعي القطب (∆)عند 300 كلفن خطی
التباین في (∆) لـبروفسكایت PSMFO) 0.31 - 0.50 مم / ثانیة) أكبر من نطاق بروفسكایت LSMFO
(0.28 - 0.39 مم / ثانیة). تتراوح قیم إزاحة الأیزومر (δ (لـبروفسكایت LSMFO و PSMFO من (0.33
x
Fe. 3+ 0.37- مم / ثانیة) و (0.37-0.31 مم / ثانیة) ، على التوالي ، مما یشیر إلى وجود حالة دوران عالیة
Fe في الموقع sites-B لـلمركبات LSMFO و PSMFO، 3+ بـ 3+Mn توضح ھذه الدراسة أن استبدال
Tm في الموقع sites-A لـ 3MnO0.3Sr0.7)xREx1-La (یمكن أن یغیر درجة 3+ Pr أو 3+ La بـ 3+ واستبدال
حرارة انتقال الطور TC ویغیر بشكل ملحوظ الخصائص المغناطیسیة للعینات. في حالة المنجانیت LPSMO،
تعد العینات ذات التراكیز التي تتراوح بین 0.8 ≥ x ≤ 0.4 مرشحة واعدة لتطبیقات التبرید المغناطیسي عند
درجة حرارة الغرفة. یحتوي المركب الأصلي (0.0 = x (لمنجانیت PSMFO على أفضل قیم max)SM∆- (و
RCP، بالإضافة إلى درجة حرارة كوري TC قریبة من درجة حرارة الغرفة، مما یجعلھا مناسبة لتطبیقات التبرید
المغناطیسي عند درجة حرارة الغرفة. تعد عینة المنجانیت LSMFO ذات التركیز 0.08 = x أفضل مرشح
للتطبیقات التي تتطلب التبرید عند درجة حرارة الغرفة. من بین جمیع الأنظمة الثلاثة، یمكن أن نعد المنجانیت
LPSM مواد تبرید مغنطیسیة جیدة عند درجة حرارة الغرفة أو بالقرب من درجة حرارة الغرفة.
La0.7Sr0.3Mn1-xFexO3 ،(0.0 ≤ x ≤ 0.18) (LTSMO) (La1-xTmx)0.7Sr0.3MnO3 ،(LPSMO)
بواسطة) 0.0 ≥ x ≤ 0.30) (PSMFO ) Pr0.64Sr0.36Mn1-xFexO3و ،)0.0 ≥ x ≤ 0.30) (LSMFO)
تقنیة السائل الھلامي (gel - sol (متبوعة بالتسخین في درجات حرارة منخفضة. تمت دراسة جمیع العینات
باستخدام مقیاس حیود الأشعة السینیة (XRD(، والمجھرالإلكتروني عالي الدقة (TEM(، والمجھر إلإلكتروني
لمسح انبعاث المجال الكھربائي مزودا بمقیاس طیف مشتت للطاقة (EDXS / FESEM(، وتحویل فورییھ
الطیفي بالأشعة تحت الحمراء (IR-FT(، مطیافیة الأشعة السینیة الضوئیة (XPS(، مقیاس المغنطیسیة عن
ُظھر تحلیل ال XRD أن جمیع العینات ھي بیروفسكایت
طریق إھتزاز العینة (VSM (ومطیاف الموسباور. ی
أحادیة الطور دون وجود شوائب. تبلورت البروفسكایت LTSMO وLSMFO في بنیة معینیة السطوح (-R
c3(، بینما تبلورت البیروفسكایت PSMFO في بنیة المعین متعامد المحاور (Pnma(. من ناحیة أخرى، تحتوي
البروفسكایت LPSMO على عینات ذات بنیة معینیة السطوح (c-3R (لـلعینات ذات التركیز 0.4 ≥ x وعینات
ذات بنیة المعین متعامد المحاور (Pbnm (لـلعینات ذات التركیز 0.6 ≤ x. متوسط حجم الجسیمات لجمیع العینات
ُظھر أطیاف IR-FT في جمیع العینات ظھور نطاقین یتراوحان بین 418
ُعزى إلى اھتزازات التمدد O-M) Mn and Sr ,Fe ,Pr ,La = M (واھتزازات -1 المصنعة في حدود 70-21 نانومتر. ت
cm و 634 -1cm، والتي ت
الانحناء M-O-M . یشیر ظھور أوضاع اھتزاز التمدد والانحناء إلى تكوین بنیة البیروفسكایت بالتوافق مع نتائج
ًا لنتائج XPS، فإن حالات الأكسدة لـ La و Pr و Tm و Fe ھي ،3+ Sr ،2+ 2- O
حیود الأشعة السینیة. وفق
ًا. تظھر جمیع العینات 4+Mn / 3+Mn وتبقى نسبة 4+Mn / 3+Mn ، بینما Mn لھا حالة تكافؤ مختلطة
ثابتة تقریب
الحالة الفیرومغنطیسیة (FM (إلى الحالة البارامغنطیسیة (PM (عند درجة حرارة كوري (TC(. ً انتقالا من
تتناقص درجة حرارة كوري (TC (لـلبیروفسكایت النانوبلوریة LPSMO و LSMFO و LTSMO بشكل
ً خطي (بدء 370 درجة كلفن) مع زیادة x. ومع ذلك ، بالنسبة للبیروفسكایت النانوبلوري PSMFO، تنخفض ا من
ًا للعینات
ًا لتركیزات x المنخفضة ، بینما یكون الانخفاض في (TC ً ( صغیرا تقریب
درجة حرارة كوري (TC (خطی
ذات التركیز 0.6 ≤ x. لوحظت انتقالات الطور من الدرجة الثانیة في سلسلة البیروفسكایت النانوبلوریة
LPSMO و LSMFO و PSMFO، ووجد أن المجال المغناطیسي الممانع (HC (لھذه البلورات النانویة عند
T بالقرب من (TC (صغیر (~ 10 أورستید). ھناك انخفاض في درجة حرارة اللارجعة (Tirr (لجمیع العینات
التي تم فحصھا بزیادة التركیز x. مع زیادة x ، تقل مغنطة التشبع المغناطیسي (MS (لـلبروفسكایت LSMFO
و LTSMO و PSMFO. بالنسبة إلى البروفسكایت LPSMO، فإن (MS (تزداد للعینات ذات بنیة المعین
متعامد المحاور مع إزدیاد التركیز x ، لتصل إلى قیمة قصوى تبلغ g/emu 94.0 عند 5 كلفن لـ 1.0 = x. ومع
ذلك ، بالنسبة للعینات ذات البنیة معینیة السطوح ، فإن القیمة القصوى ل (MS (ھي عند 0.2 = x وتبلغ 87.2
g/emu عند 5 كلفن. تزداد القیمة القصوى للتغیر في الأنتروبیا المغناطیسیة max)SM∆- (وقدرة التبرید النسبیة
(RCP (لبیروفسكایت LPSMO ذو بنیة المعین متعامد المحاور مع زیادة التركیز x، لتصل إلى قیمة قصوى
تبلغ K.kg/J 2.92 و kg/J 350 على التوالي، عند T 5 = µoH ∆لـ 1.0 = x. من ناحیة أخرى، یحتوي
البروفسكایت LPSMO المعیني السطوح على أكبر قیمة ل max)SM∆- (و RCP تبلغ K.kg/J 2.96 و 271
kg/J على التوالي عند 5 = µoH ∆لـ 0.2 = x. بالنسبة للبیروفسكایت PSMFO، مع زیادة تركیز الحدید،
ینخفض الحد الأقصى ل max)SM∆- (و RCP لجمیع العینات، وتكون العینة 3MnO0.36Sr0.64Pr لدیھا أكبر
بالنسبة .∆µoH = 5 T عند التوالي على 307 J/kg و 3.16 J/kg.K وتبلغ RCP و) -∆SM)max ل قیمة
لـلبروفسكایت LSMFO، فإنھ مع زیادة تركیز الحدید ، تنخفض max)SM∆- (بینما یزید RCP للعینات 0.08≥x
ثم تقل القیم لكلیھما عند 0.12≤x. تحتوي عینة 3O0.08Fe0.92Mn0.3Sr0.7La على أكبرقدرة تبرید نسبیة RCP
وتبلغ (kg/J 153 (في تغیر منخفض في المجال المغناطیسي (T 2.8 (ودرجة حرارة انتقال طور بالقرب من
درجة حرارة الغرفة. تتكون أطیاف الموسباور لدرجة حرارة الغرفة لـلبروفسكایت LSMFO وPSMFO من
ًا مع زیادة تركیز الحدید. ومع ذلك ، فإن نطاق
طیف ثنائي. یزید الانقسام رباعي القطب (∆)عند 300 كلفن خطی
التباین في (∆) لـبروفسكایت PSMFO) 0.31 - 0.50 مم / ثانیة) أكبر من نطاق بروفسكایت LSMFO
(0.28 - 0.39 مم / ثانیة). تتراوح قیم إزاحة الأیزومر (δ (لـبروفسكایت LSMFO و PSMFO من (0.33
x
Fe. 3+ 0.37- مم / ثانیة) و (0.37-0.31 مم / ثانیة) ، على التوالي ، مما یشیر إلى وجود حالة دوران عالیة
Fe في الموقع sites-B لـلمركبات LSMFO و PSMFO، 3+ بـ 3+Mn توضح ھذه الدراسة أن استبدال
Tm في الموقع sites-A لـ 3MnO0.3Sr0.7)xREx1-La (یمكن أن یغیر درجة 3+ Pr أو 3+ La بـ 3+ واستبدال
حرارة انتقال الطور TC ویغیر بشكل ملحوظ الخصائص المغناطیسیة للعینات. في حالة المنجانیت LPSMO،
تعد العینات ذات التراكیز التي تتراوح بین 0.8 ≥ x ≤ 0.4 مرشحة واعدة لتطبیقات التبرید المغناطیسي عند
درجة حرارة الغرفة. یحتوي المركب الأصلي (0.0 = x (لمنجانیت PSMFO على أفضل قیم max)SM∆- (و
RCP، بالإضافة إلى درجة حرارة كوري TC قریبة من درجة حرارة الغرفة، مما یجعلھا مناسبة لتطبیقات التبرید
المغناطیسي عند درجة حرارة الغرفة. تعد عینة المنجانیت LSMFO ذات التركیز 0.08 = x أفضل مرشح
للتطبیقات التي تتطلب التبرید عند درجة حرارة الغرفة. من بین جمیع الأنظمة الثلاثة، یمكن أن نعد المنجانیت
LPSM مواد تبرید مغنطیسیة جیدة عند درجة حرارة الغرفة أو بالقرب من درجة حرارة الغرفة.
قالب العنصر
الرسائل والأطروحات الجامعية