نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه گیلان، رشت، گیلان، ایران

10.30501/jamt.2020.232114.1090

چکیده

هدف از این پژوهش، مشخصه ­یابی الیاف اکسید کبالت تهیه شده به روش الکتروریسی است. بررسی ویژگی­ های ساختاری، ریخت­ شناسی، نوری و مغناطیسی الیاف، به ­ترتیب، با استفاده از الگوی پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف­ سنجی بازتابشی پخشی (DRS) و آنالیز مغناطیس ­سنج نمونه ارتعاشی (VSM)، در دو دمای تکلیس متفاوت، صورت گرفت. الگوی پراش پرتو ایکس، فاز مکعبی را برای الیاف اکسید کبالت تکلیس­ شده نشان می ­دهد. متغیرهای ریزساختاری، از قبیل اندازه و تابع توزیع بلورک­ ها، با استفاده از آنالیز الگوی پراش پرتو ایکس و روش برازش کل نقش پراش (WPPM) تعیین شد. نتایج بدست آمده از تحلیل الگوی پراش پرتو ایکس و توزیع اندازه بلورک ­ها، افزایش اندازه بلورک­ ها را با افزایش دمای تکلیس، نشان می ­دهد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، تولید الیافی با قطر متوسط 250-200 نانومتر و با جهت­ گیری تصادفی را نشان می ­دهد. نتایج بدست آمده از طیف ­سنجی بازتابشی پخشی، کاهش انرژی گاف نواری الیاف را با افزایش دمای تکلیس، نشان می­ دهد. آنالیز مغناطیسی انجام گرفته با استفاده از VSM، فاز پارامغناطیسی الیاف را با افزایش دمای تکلیس، تأیید می­ کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

An Investigation of the Structural, Morphological, Optical, and Magnetic Properties of Electrospun Co3O4 Fibres

نویسندگان [English]

  • Hossein Mahmoudi Chenari
  • Fatemeh Mottaghian

Department of Physics, Faculty of Sciences, University of Guilan, Rasht, Guilan, Iran

چکیده [English]

The aim of this work is the characterization of the Co3O4 fibres, prepared by the electrospinning method. The investigation of the structural, morphological,optical, and magnetic properties of electrospun fibres at two different calcination temperatures was conducted by X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Diffuse Reflectance Spectra (DRS), and Vibrating Sample Magnetometer (VSM). XRD indicates the cubic phase of the calcined Co3O4 fibres. The microstructural parameters such as crystallite size and its distribution are determined from the X-ray diffraction pattern analysis using the whole powder pattern modeling (WPPM) approach. The results obtained from the X-ray diffraction pattern analysis and crystallite size distribution shows an increase in the crystallite size with calcination temperature. The SEM images show the formation of randomly oriented fibres with diameters in the range of 200-250 nm after calcination. The DRS results show a decrease in the band gap energy with increasing calcination temperature. The magnetic analysis performed by VSM, confirms a paramagnetic phase of fibres at elevated calcination temperatur.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cobalt (II
  • III) Oxide(Co3O4)
  • X-ray diffraction (XRD)
  • Scanning electron microscopy (SEM)
  • Diffuse Reflectance Spectra (DRS)
  • Vibrating Sample Magnetometer (VSM)

 

1.   Makhlouf, S. A., Bak, Z. H., Aly, K. I., Moustafa, M. S., "Structural, electrical and optical properties of Co3O4 nanoparticles",Superlattices and Microstructures, Vol. 64, (2013), 107-117. https://doi.org/10.1016/j.spmi.2013.09.023

2.   Chou, S. -L., Wang, J. -Z., Liu, H. -K., Dou, S. -X., "Electrochemical deposition of porous Co3O4 nanostructured thin film for lithium-ion battery", Journal of Power Source, Vol. 182, No. 1, (2008), 359-364. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2008.03.083

3.   Li, Y., Tan, B., Wu, Y., "Mesoporous Co3O4 nanowire arrays for lithium ion batteries with high capacity and rate capacity", Nano Letters, Vol. 8, No. 1, (2008), 265-270. https://doi.org/10.1021/nl0725906

4.   Gunnewiek, R. F. K., Mendes, C. F. M., Kiminami, R. H. G. A., "Synthesis of spinel cobalt oxide nanoparticles using a modified polymeric precursor method", Advanced Powder Technology, Vol. 27, No. 4, (2016), 1056-1061. https://doi.org/10.1016/j.apt.2016.03.013

5.   Mahmoudi Chenari, H., Kangarlou, H., "Electrospun tungsten oxide NPs/PVA nanofibers: A study on the morphology and Kramers–Kronig analysis of infraredreflectance spectra",Physica B: Condensed Matter, Vol. 499, (2016), 38-43. https://doi.org/10.1016/j.physb.2016.07.004

6.   Rezaee, O., Mahmoudi Chenari, H., Ghodsi, F. E., Ziyadi, H., "Preparation of PVA nanofibers containing tungsten oxide nanoparticle by electrospinning and consideration of their structural properties and photocatalytic activity", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 690, (2017), 864-872. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.08.212

7.   Choi, S. W., Park, J. Y., Kim, S. S., "Growth kinetics of nanograins in Co3O4 fibers", Ceramics International, Vol. 37, No. 1, (2011), 427-430. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2010.09.002

8.   Kumar, M. , Subramania, A., Balakrishnan, A., "Preparation of electrospun Co3O4 nanofibers as electrode material for high performance asymmetric supercapacitors", Electrochimica Acta, Vol. 149, (2014), 152-158. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2014.10.02

9.   Gu, Y., Jian, F., Wang, X., "Synthesis and characterization of nanostructured Co3O4 fibers used as anode materials for lithium ion batteries", Thin Solid Films, Vol. 517, (2008), 652-655. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2008.07.026

10. Krill, C. E., Birringer, R., "Estimating grain-size distributions in nanocrystalline materials from X-ray diffraction profile analysis", Journal Philosophical Magazine A, Vol. 77, No. 3, (1998), 621-640. https://doi.org/10.1080/01418619808224072

11. Langford, J. I., Louer, D., Scardi, P., "Effect of a crystallite size distribution on X-ray diffraction line profiles and whole-powder-pattern fitting", Journal of Applied Crystallography, Vol. 33, (2000), 964-974. https://doi.org/10.1107/S002188980000460X

12. Barakat, N. A. M., Khil, M. S., Sheikh, F. A., Kim, H. Y., "Synthesis and optical properties of two cobalt oxides (CoO and Co3O4) nanofibers produced by electrospinning process", Journal of Physical Chemistry, Vol. 112, No. 32, (2008), 12225–12233. https://doi.org/10.1021/jp8027353

13. Ghiasi, M., Malekzadeh, A., Mardani, H., "Synthesis and optical properties of cubic Co3O4 nanoparticles via thermal treatment of a trinuclear cobalt complex", Materials Science in Semiconducter Processing, Vol. 42, No. 3, (2016), 311-318. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2015.10.019

14. Ichiyanagi, Y., Yamada, S., "The size-dependent magnetic properties of Co3O4 nanoparticles", Polyhedron, Vol. 24, No. 16-17, (2005), 2813-2816. https://doi.org/10.1016/j.poly.2005.03.158