Tuning the optical and magnetic properties of ZnO by Fe ₃ O ₄

Abstract

Abstract In this work, nanocomposites were prepared with different weight ratios based on the formula <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mfenced close=")" open="(" separators=""> <mml:mrow> <mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mi mathvariant="normal">x</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">ZnO</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mfenced close=")" open="(" separators=""> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">x</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">Fe</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>4</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>,</mml:mo> </mml:math> where x = 0.01, 0.03, 0.05, 0.07 and 0.09. The structure, morphology, optical, and magnetic properties were examined by x-ray diffraction, UV–vis-NIR diffuse reflectance spectroscopy, high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), and vibrating sample magnetometer (VSM). The x-ray diffraction (XRD) results confirm the phase purity formation of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">Fe</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>4</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mi mathvariant="normal">ZnO</mml:mi> </mml:math> nanocomposites. The transmission electron microscopy (TEM) exhibited the prepared powders are nanoparticles with the spherical shapes of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">Fe</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>4</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> and nanorod for ZnO. UV–vis-NIR diffuse reflectance measurements showed that the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">Fe</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>4</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> modified the optical properties of ZnO. Results of the vibrating sample magnetometer (VSM) display a superparamagnetic characteristic of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">Fe</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>4</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> and ferromagnetic behavior for nanocomposites. The magnetization and remanence magnetization of nanocomposites increases with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">Fe</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>4</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> content.

Topics & Concepts