RTU Research Information System
Latviešu English

Publikācija: Physical Properties of Nanostructured Nickel Zinc Ferrites Synthesized by Sol-Gel Method

Publication Type Doctoral Thesis
Funding for basic activity Unknown
Defending: 06.12.2012 14:00, MLĶF, Āzenes 14/24, 272
Publication language Latvian (lv)
Title in original language Ar sola-gēla metodi sintezētu nanostrukturētu niķeļa-cinka ferītu fizikālās īpašības
Title in English Physical Properties of Nanostructured Nickel Zinc Ferrites Synthesized by Sol-Gel Method
Field of research 2. Engineering and technology
Sub-field of research 2.4 Chemical engineering
Authors Andris Šutka
Keywords Sol-gel, ferrite, physical properties
Abstract Ni-Zn špineļa tipa ferīti ir interesanti materiāli, jo tie reizē ir gan magnētiķi, gan pārejas metālu oksīdu pusvadītāji. Špineļa ferītu materiāli jau no pagājušā gadsimta 50-tajiem gadiem tiek plaši pielietoti un izmantoti. Mūsdienās ferītu pielietojums aug un turpinoties elektrotehnikas miniaturizācijas tendencei, rodas nepieciešamība pēc ferītu nanomateriālu iegūšanas metoţu attīstīšanas un fizikālo īpašību izpētes. Pieaug arī špineļa ferītu pielietojuma daudzveidība, piemēram, pēdējā dekādē vien atklāts, ka to nanomateriāli, pateicoties savām pusvadītāju īpašībām, izmantojami kā gāzes sensori. Paralēli pieaugot nepieciešamībai pēc gāzu detektēšanas vides monitoringa nolūkos, piemēram, industriālo procesu kontrolei, gāzes sensoru pielietošanas apjoms palielinās. Šajā jomā izmantojami vienīgi materiāli ar lielu īpatnējās virsmas laukumu – nanomateriāli. Visumā gāzes sensora materiālam jāpiemīt ātrai atbildes reakcijai, zemai jutībai pret gaisa mitrumu, augstai selektivitātei un ilgtermiņa stabilitātei. Šāds materiāls, kuram piemīt visu nosaukto īpašību kopums nepastāv, tāpēc jaunu materiālu meklējumi un esošo materiālu īpašību modificēšanas iespēju meklējumi vēl joprojām ir aktuāli. Piemēram, SnO2 kā gāzes sensors izmantots jau kopš 1962. gada, taču, gāzes sensoru laukā šī materiāla optimizācijas pētījumi vēl joprojām turpinās. Salīdzinoši, špineļa ferītu gāzes sensoru īpašību optimizācijas iespēju veidi atrodas sākuma stadijā, jo, veicot literatūras apskatu, jāsecina, ka nav pievērsta uzmanība lādiņu nesēju (punktveida defektu) koncentrācijas ietekmei uz šo savienojumu jutību. Zināms, ka elektriskā vadāmība ir tieši saistīta ar oksīdu pusvadītāju gāzes sensoru jutību, tāpēc uzmanība sākotnēji pievērsta Ni-Zn ferītu nanomateriālu elektrisko īpašību izpētei. Kopumā, darba gaitā galvenā uzmanība pievērsta daţādu Ni-Zn ferītu nano-materiālu sintēzei, kā arī elektrisko, dielektrisko un gāzes jutības īpašību izpētei. Darbs nosacīti iedalāms piecās daļās. Pirmajā daļā uzmanība pievērsta Ni-Zn ferītu sintēzei, izmantojot sola-gēla pašaizdegšanās metodi (SGPM), otrajā daļā pētīta sastāva un stehiometrijas ietekme uz nanostrukturētu Ni-Zn ferītu fizikālajām īpašībām, trešajā daļā pētīta apdedzināšanas temperatūras ietekme uz Ni-Zn ferītu fizikālajām īpašībām, ceturtajā – Ni-Zn ferītu plāno kārtiņu iegūšanai un to īpašību izpētei, bet piektajā – Ni-Zn ferītu gāzes sensoru izgatavošanai, jutības izpētei un optimizācijai.
Abstract in English Ni-Zn spinel type ferrites are interesting materials due to their both magnetic and semiconductor properties. These materials are widely used and exploited already from the 50ties of the last century. Nowadays, the use of the ferrite materials grows and, continuing miniaturization trend in electrical engineering, there is a need to develop synthesis methods and to do characterization of the ferrite nanomaterials. Moreover, the variety of ferrite applications grows. For example, spinel ferrites due to their transition metal semiconductor properties in the last decade are found to be used as gas sensor materials. With an increasing need in gas detection for environmental monitoring purposes, such as industrial process control, the use of gas sensors increases. First, it should be known, that as gas sensors can be used materials with high specific surface area – nanomaterials. Also, the semiconductor gas sensors should have fast response behaviour, low response to environmental humidity, high selectivity and long term stability. A material which has all mentioned properties does not exist; thus, searching for new materials or modifying the possibilities of the existing materials is still a topical problem. For example, SnO2 as a gas sensor material is used already from 1962, but in the field of gas sensors, investigations regarding its modification possibilities are still continuing. The optimisation ways of the spinel type ferrite gas sensor materials are in the starting position. By analysing the literature on the subject, it can be concluded that there is no attention paid to the influence of the charge carrier (point defect) concentration on ferrite gas sensitivity. It is known that electric conductivity is directly connected with metal oxide semiconductor gas sensor sensitivity; thus, in the current PhD work attention first and foremost is paid to the investigation of the electrical properties of Ni-Zn ferrite nanomaterials. In accordance with the above mentioned the main attention is paid to the synthesis of Ni-Zn ferrite nanomaterials, as well as to the investigation of electric, dielectric and gas sensing properties. In general, the work can be divided into five parts. In the first part attention is paid to the Ni-Zn ferrite synthesis by sol-gel auto combustion (SGAC), in the second part - to the investigation of the influence of composition and stoichiometry on the physical properties of nanostructured Ni-Zn ferrites. The third part is devoted to the influence of the processing temperature on the physical properties of Ni-Zn ferrites. The fourth part is dedicated to the synthesis and properties of nanostructured Ni-Zn ferrite thin films and the last, fifth part, is meant for the investigation of Ni-Zn ferrite gas sensitivity.
Reference Šutka, Andris. Physical Properties of Nanostructured Nickel Zinc Ferrites Synthesized by Sol-Gel Method. PhD Thesis. Rīga: [RTU], 2012. 173 p.
Summary in English Summary in English
ID 14632