Gas-sensitive properties of thin film heterojunction structures based on Fe2O3-In2O3 nanocomposites

This paper reports an investigation of the gas-sensitive properties of thin film based on the double-layers Fe2O3/In2O3 and Fe2O3-In2O3/In2O3 towards gases with different chemical nature (C2H5OH, CH4, CO, NH3, NO2, O3). As it was found, the -Fe2O3-In2O3 composite (Fe:In = 9:1) is more sensitive to O3; on the contrary, the -Fe2O3-In2O3 system (9:1), possesses an higher sensitivity to NO2. The optimal temperature for detecting both gases is in the range 70 - 100C. Sensors based on the -Fe2O3/In2O3 heterostructure show the maximum response to C2H5OH at considerably higher temperatures (250-300C), but this layer is practically insensitive to other reducing gases like CH4, CO and NH3 in the same temperature range. An explanation of the different gas-sensitive behavior for the these samples resulted from the particular features of their structure and phase stat

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАГНИТНЫХ НАНОЧАСТИЦ Mg1–хZnхFe2O4, ПОЛУЧЕННЫХ РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДАМИ

Superparamagnetic ferrite nanoparticles in the system of MgxZn1–xFe2O4 (х = 0.25; 0.5; 0.7) have been prepared by coprecipitation, spray pyrolysis and the nitrate-citrate approach. The dependence of the phase composition, morphology and magneticproperties of the nanoparticles on their chemical composition and synthesis conditions have been studied. The crystallinity degree and particle size tend to increase with the increase of the synthesis temperature and duration. The saturation magnetization of the nanoparticles increase as well due to cation redistribution between spinel structure sublattices, which is accompanied by reduction of the inversion degree. In the case of spray pyrolysis method, the correlation between saturation magnetization and ferrite composition is weak, while for coprecipitation and the nitrate-citrate approach it goes through a maximum. The highest saturation magnetization of 30 а∙m2∙kg–1 relates to  kg0,5Zn0,5Fe2O4 sample obtained by the nitrate-citrate approach.Суперпарамагнитные наночастицы ферритов в системе MgxZn1–xFe2O4 (х = 0,25; 0,5; 0,7) были синтезированы путем соосаждения, распылительного пиролиза и нитрат-цитратного метода. Были исследованы зависимости фазового состава, морфологии и магнитных свойств наночастиц от их химического состава и условий проведения синте-за. С ростом температуры и продолжительности синтеза наблюдается повышение степени закристаллизованности и размеров частиц. При этом также повышаются значения намагниченности насыщения наночастиц за счет перераспределения катионов между подрешетками шпинельной структуры, сопровождающегося уменьшением степени об-ращенности. Для метода распылительного пиролиза зависимость удельной  намагниченности от состава феррита выражена слабо, в то время в случае нитрат-цитратного метода и метода соосаждения эта зависимость проходит через максимум. Наибольшее значение удельной намагниченности (30 А·м2·кг-1) соответствует образцу Mg0,5Zn0,5Fe2O4, полученному нитрат-цитратным методом

Синтез наноразмерных кобальт-цинковых ферритов методом низкотемпературного распыления с последующим термолизом

Co0,65Zn0,35Fe2O4 nanoparticles were produced by spray-drying in air in presence of NaCl from the solution of nitrates, as well as from the suspension of coprecipitated particles. The precursors obtained were annealed at 300–900 °C in the matrix of the inert component in order to increase the crystallinity degree without substantial increase of the nanoparticle size. Microstructure, morphology and magnetic properties of nanoparticles were studied by XRD, FT-IR spectroscopy, TEM / SEM and magnetometry. For the ferrites obtained from nitrate solutions partial oxidation of Co2+ ions to Co3+ occurs, which leads to the formation of two spinel phases, ferrite and cobaltite. With the increase of annealing temperature the content of cobaltite decreases and content of ferrite increases. No cobaltite formation was observed for annealing the spray-dried suspension. An increase in the temperature of the heat treatment leads to partial recrystallization of the particles and the ordering of the ferrite crystal structure, which causes an increase in the specific magnetization of the materials: from 32.8 emu/g (before annealing) to 91.3 emu/g (annealing at 900 ° C). The average diameter of nanoparticles after heat treatment does not exceed 100 nm.Наночастицы состава Co0,65Zn0,35Fe2O4 получали методом распылительной сушки на воздухе в присутствии NaCl из раствора нитратов, а также из суспензии предварительно осажденных частиц. Полученные прекурсоры подвергали термообработке в диапазоне 300–900 °С в матрице инертного компонента с целью увеличения степени кристалличности без существенного роста размеров наночастиц. Микроструктуру, морфологию и магнитные свойства наночастиц исследовали методами РФА, ИК-спектроскопии, ПЭМ/СЭМ и магнитометрии. При получении ферритов из растворов солей происходит частичное окисление ионов Co2+ до Co3+, что приводит к образованию двух шпинельных фаз – феррита и кобальтита. С ростом температуры обжига доля кобальтита снижается, а феррита – растет. При распылении и последующем обжиге суспензий наночастиц формирования фазы кобальтита не происходит. Повышение температуры термообработки приводит к частичной рекристаллизации частиц и упорядочиванию кристаллической структуры феррита, что вызывает рост удельной намагниченности материалов: от 32,79 Ам2 кг–1 (до обжига) до 91,3 Ам2 кг–1 (обжиг при 900 °С). При этом средний диаметр наночастиц после термообработки не превышает 100 нм

СИНТЕЗ И ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ МАГНИТНЫХ НАНОЧАСТИЦ (Mg, Zn)xFe3–xO4

The nanoparticles of (Mg, Zn)xFe3–xO4 (x ≤ 0.3) solid solutions have been prepared by coprecipitation with Na2CO3 from solutions of salts. For a number of compositions (Mg0,1Fe2,9O4, Mg0,05Zn0,1Fe2,85O4, Zn0,18Fe2,82O4), an increase of saturation magnetization has been detected, as compared to non-substituted magnetite (MS = 64 emu/g). This can be explained by the tendency of zinc and small amounts of magnesium ions to occupy preferentially tetrahedral sites of the magnetite lattice. In the case of zinc and magnesium joint substitution in the (Mg, Zn)xFe3–xO4 system up to x = 0.3, the values of saturation magnetization decrease slightly comparing to that of magnetite, but remain constant (MS ≈ 58 emu/g). By ultrasound assisted dispersion of nanopowders into polyelectrolyte aqueous solutions, colloidal solutions of non-agglomerated nanoparticles have been prepared. Тhe nanoparticles modified with a layer of positively charged polyelectrolyte demonstrate the best sedimentation stability up to 45 days. Their hydrodynamic diameter is lower than 200 nm, with predominance of the fraction with the size of 40–80 nm.Методом соосаждения с Na2CO3 из растворов солей получены наночастицы твердых растворов в системе (Mg, Zn)xFe3–xO4 (x ≤ 0,3). Для ряда составов (Mg0,1Fe2,9O4, Mg0,05Zn0,1Fe2,85O4, Zn0,18Fe2,82O4) обнаружен рост намагниченности насыщения по сравнению с незамещенным магнетитом (MS = 64 А·м2 ·кг–1), что объясняется склонностью ионов цинка и малых количеств ионов магния занимать в решетке магнетита преимущественно тетраэдрические пустоты. В случае совместного замещения цинком и магнием в системе (Mg, Zn)xFe3–xO4 вплоть до х = 0,3 значения намагниченности насыщения незначительно снижаются относительно магнетита, однако остаются на постоянном уровне (MS ≈ 58 А·м2 ·кг–1), предположительно благодаря стабилизирующему влиянию ионов магния. Ультразвуковым диспергированием нанопорошков в водных растворах полиэлектролитов получали коллоидные растворы наночастиц в неагломерированном состоянии. Наилучшей седиментационной устойчивостью (45 дней) обладают наночастицы, модифицированных слоем положительно заряженного полиэлектролита. Их гидродинамический диаметр не превышает 200 нм, причем преобладает фракция частиц с размерами 40–80 нм.

Effect of structure and surface state of nanocrystalline tin dioxide on its gas sensing properties

Effect of particle size, concentration of structural defects and the presence of sulfite and sulfate groups on the response of thick-film SnO2 sensors to CH4 and CO were revealed. Particle size and the presence of SO-groups were found to be main parameters determining the sensitivity of SnO2-based sensors to CH4, while structural defects of SnO2 layers are essential for CO detection