Studium a možnosti řízení fyzikálních vlastností vzácného polymorfu oxidu železitého - e-Fe2O3

Ing. Michaela POLÁŠKOVÁ

Doctoral thesis

Study and possibilities of physical properties control of rare iron oxide polymorph - e-Fe2O3

Abstract:

Oxidy železa(III) stále přitahují značnou pozornost díky svým příhodným fyzikálním, chemickým a dalším vlastnostem. Jak je známo, oxid železitý vykazuje polymorfismus s existencí čtyř stabilních krystalických polymorfů, které se výrazně liší svou krystalickou strukturou, a tedy i fyzikálními vlastnostmi. Polymorf epsilon-Fe2O3 je stále považován za vzácnou fázi oxidu železitého, kterou je obtížné syntetizovat jako samostatnou fázi, bez příměsí ostatních fází oxidu železitého. Navíc, z termodynamického hlediska, může být stabilní pouze v nanoměřítku. Epsilon-Fe2O3 vykazuje vysokou koercitivitu při pokojové teplotě, magnetoelektrické vlastnosti, absorbuje elektromagnetické vlny v milimetrové oblasti a další. V této práci je představena metoda syntézy čistých nanočástic epsilon-Fe2O3 a nanočástic epsilon-Fe2O3 dopovaných atomy Sc a Ga pomocí sol-gel přístupu v kombinaci s vysokoteplotním tepelným zpracováním. Byly studovány a hodnoceny různé faktory ovlivňující přípravu a tím i čistotu připravených nanočástic. Pro určení struktury a složení byla použita rentgenová prášková difrakce, elektronová mikroskopie, 57Fe Mössbauerova spektroskopie a magnetizační měření. Mimo jiné byl objasněn vliv dopování na změnu magnetických vlastností epsilon-Fe2O3 a vyhodnocen aplikační potenciál této fáze.

Abstract:

Iron(III) oxides are still capturing a significant attention due to their favorable physical, chemical and other properties. It is well known that iron(III) oxide shows a polymorphism with existence of four stable crystalline polymorphs, differing significantly in their crystal structure and hence physical features. Among them, epsilon-Fe2O3 is still considered as a rare iron(III) oxide phase that is hard to synthesize in a single-phase nature. Moreover, due to the thermodynamic reasons, it can be stable only in the nanosized form. Epsilon-Fe2O3 shows a high coercivity at room temperature, coupled magnetoelectric features, absorbs electromagnetic waves in millimeter region and others. In this thesis the modified method to synthesize pure epsilon-Fe2O3 nanoparticles and epsilon-Fe2O3 nanoparticles doped by Sc and Ga atoms employing a sol-gel approach in combination with high temperature heat treatments is introduced. Various factors influencing the preparation and thus the purity of the prepared nanoparticles have been studied and assessed. For determination of structure and composition, X-ray powder diffraction, electron microscopy techniques, 57Fe Mössbauer spectroscopy, and magnetization measurements were used. Moreover, the effect of doping on the alternation of magnetic features of epsilon-Fe2O3 was understood and assessed its application potential.

Keywords

sol-gel metoda, epsilon-Fe2O3 nanočástice

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 1. 2023

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Libor Machala, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics / Applied Physics