Document

Structural and Mossbauer studies of Sn-doped a-Fe2O3 and Sn-doped Fe3O4 nanoparticles prepared by reflux and ball milling techniques

Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2006
Language
English
English abstract
The work presented in this thesis is divided into three main parts. In the first two parts we investigate nanoparticles of Sn-doped a-Fe2O3 (Sn concentration: 0%, 3%, 5%, 8%, 10%, and 13%) and Sn-doped Fe304 (Sn concentration: 0%, 1.5%, 3%, and 5%) prepared by the reflux method. In the third part, we study the influence of Sn- concentration on the milling-induced transformation of Sn-doped Fe3O4 to Sndoped a-Fe2O3. The main techniques used in the study are X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and Mössbauer spectroscopy. For the Sn-doped a-Fe2O3 system, it was found that the introduction of Sn in the corundum-related structure decreases the crystallite size by -50% at Snconcentration of 5% but stays almost the same for higher concentrations. When Snconcentration increased up to 5%, the lattice parameter a increased with almost constant c lattice parameter, whereas the c lattice parameter increases faster at higher Sn-concentrations. The shape of the nanoparticles changed with Sn-concentration from almost spherical at 0% to oblate at 3% to rod-like (100-200 nm in length) at 5% and returning to the spherical shape at higher Sn-concentration. The Mössbauer isomer shift values increased whereas the effective hyperfine magnetic fields decreased with increasing Sn-concentration. The presence of Sn** suppressed the Morin transition For the Sn-doped Fe3O4 system, it was found that both the crystallite size and the lattice parameter (a) increase with increasing the Sn concentration in the spinelrelated structure. For all samples the particle size was found to be in the range of 1050 nm. The Mössbauer isomer shift values were larger for the octahedral (B) sites than the pure sample and their effective hyperfine magnetic fields decreased with increasing Sn-concentration. This is indicative that Sn** ion substitute Fe ones octahedral (B) sites. . The milling of the Sn-doped Fe3O4 samples (Sn-concentrations of 1.5%. 5 %, 3% and 5%) in air for different times transformed them to Sn-doped a-Fe2O3 nanoparticles via an intermediate y-Fe2O3 related phase. The time needed for a complete transformation was found to decrease as Sn-concentration increases from 71h for 1.5% Sn-doped Fe3O4 sample to 33 h for the 5% Sn-doped Fe3O4sample.
Arabic abstract
العمل المعروض في هذه الرسالة مقسم إلى ثلاثة أجزاء. في الجزاين الأوليين لاحظنا الجسيمات النانومترية للهيماتيت ( أكسيد الحد ينيك الأحمر) (Fe2O3-ة ) المشوب بالقصدير(Sn) بتركيز ( %0 ، %3 ،% 5، 8 % ،% 10 ، % 13 ) ، و الماجمايت أكسيد الحديد الأسود (Fe3O4 ) المشوب بالقصدير بتركيز (0، 1.5، 3، 5 %) محضرة بطريقة الريفلكس ( غلي المواد المتفاعلة داخل دورق بحيث يتم الحفاظ على كمية الماء بواسطة التقطير). في الجزء الثالث درسنا اثر تركيز القصدير في عملية التحول بالطحن للماجمايت المشوب بالقصدير إلى الهيماتيت المشوب بالقصدير. التقنيات الرئيسية المستخدمة في هذه الدراسة هي حيود الأشعة السينية والمجهر الإلكتروني النافذ وطيف الموسبار. بالنسبة لنظام الهيماتيت المشوب بالقصدير وجد أن دخول القصدير إلى التركيب البنائي ( الكورندم) قد نقص ابعاد الكريستاليت ( الأجزاء التي لها تركيب بلوري منتظم) بنسبة 50% عند التركيز 5% للقصدير ولكن بقيت ثابتة تقريبا في التراكيز الأعلى له , معامل الشبكية (a) زاد مع تركيز القصير حتى التركيز 5% وبقي المعامل (c) ثابتا تقريبا بينما زاد معامل الشبكية (c) بشكل اسرع في التراكيز الأعلى بالمقارنة مع (a). شكل الجسيمات النانومترية تغير مع تغير تركيز القصدير من الكروي تقريبا في 0% 1 إلى البيضاوي في 3% الى شبه قضيب (بطول nm200 - 100 ) عند التركيز 5% عائدا إلى الشكل الكروي في التراكيز الأعلى القصير. قيم انحراف الأيزومر( الانحراف الكيميائي للموسبار زادت بينما نقص المجال المغناطيسي الداخلي المؤثر للأنوية بزيادة تركيز القصدير. بالنسبة لنظام الماجمايت المشوب بالقصدير وجد أن ابعاد الكريستاليت و معامل الشبيكة ( a) معا تزداد مع زيادة تركيز القصدير في التركيب البنائي ( السبينيل ) , لجميع العينات ابعاد الجسيمات في المدى 10 - 50 نانومتر. إن قيم انحراف الأيزومر ( الانحراف الكيميائي) كان اكبر المواقع السداسية للموسبار ( المواقع B ) بالمقارنة مع العينة النقية و أن المجال المغناطيسي الداخلي المؤثر لهذه المواقع قل بزيادة تركيز القصدير. وهذه إشارة أن أيونات القصدير حلت محل ايونات الحديد في المواقع السداسية. طحن عينات الماجمایت بالتراكيز (% 1 . 5 ، %3 ، 5 %) للقصدير في الهواء حولها إلى الهيماتيت المشوب بالقصدير خلال التحول وسطيا إلى طور له علاقة بالماجمایت (Fe2O3-7). الوقت المستغرق للتحول الكامل قل كلما زاد تركيز القصدير من71 ساعة للعينة ذات التركيز 5. 1 % إلى 33 ساعة للعينة ذات التركيز 5% .
Category
Theses and Dissertations

Same Subject

Journal articles
6
0
Suliman, FakhrEldin O.
College of Science, Sultan Qaboos University.
2017
Journal articles
5
0
Al-Risi, Suleiman.
College of Science, Sultan Qaboos University.
2020
Journal articles
7
0
Mukherjee, Soumya.
College of Engineering, Sultan Qaboos University.
2023-04-29
Journal articles
3
0
Al-Marzouqi, Faisal.
College of Science, Sultan Qaboos University.
2021-12-26
Journal articles
6
0
Al-Kalbani, Al-Motasim Khalifa.
College of Engineering, Sultan Qaboos University.
2025-01-08