Structural and magnetic characterization of maghemites prepared from Al-substituted magnetites

• Published in: Revista Brasileira de Ciência do Solo Vol. 37; no. 6; pp. 1569 - 1575
• Main Authors: Batista, Marcelo Augusto, Costa, Antonio Carlos Saraiva da, Bigham, Jerry Marshal, Paesano Junior, Andrea, Berndt, Graciele, Inoue, Tadeu Takeyoshi, Nonaka, Adriele Galeti
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo 01.12.2013
• Subjects: espinélio; ferrimagnético; parâmetros hiperfinos; substituição isomórfica
• ISSN: 0100-0683; 1806-9657; 0100-0683
• DOI: 10.1590/S0100-06832013000600013

Synthetic aluminum-substituted maghemites were characterized by total chemical analysis, powder X-ray diffraction (XRD), Mössbauer spectroscopy (ME), and vibrating sample magnetometry (VSM). The aim was to determine the structural, magnetic, and hyperfine properties of γ-Fe2-xAl xO3 as the Al concentration is varied. The XRD results of the synthetic products were indexed exclusively as maghemite. Increasing Al for Fe substitution decreased the mean crystalline dimension and shifted all diffraction peaks to higher º2θ angles. The a0 dimension of the cubic unit cell decreased with increasing Al according to the equation a o = 0.8385 - 3.63 x 10-5 Al (R²= 0.94). Most Mössbauer spectra were composed of one sextet, but at the highest substitution rate of 142.5 mmol mol-1 Al, both a doublet and sextet were obtained at 300 K. All hyperfine parameters from the sub-spectra were consistent with high-spin Fe3+ (0.2 a 0.7 mms-1) and suggested a strong superparamagnetic component associated with the doublet. The magnetic hyperfine field of the sextets decreased with the amount of Al-substitution [Bhf (T) = 49.751 - 0.1202Al; R² = 0.94] while the linewidth increased linearly. The saturation magnetization also decreased with increasing isomorphous substitution. Maghemitas sintéticas substituídas com Al foram caracterizadas por meio de análise química total, difratometria de raios-X (DRX), espectroscopia Mössbauer (EM) e magnetometria de amostra vibrante (MAV). Objetivou-se com este trabalho determinar as propriedades estruturais, magnéticas e hiperfinas de γ-Fe2-xAl xO3, conforme a variação da concentração de Al.Os resultados de DRX dos produtos sintéticos foram indexados somente para maghemita. Com o aumento da substituição de Fe por Al, o diâmetro médio do cristalito diminuiu e levou todos os picos de difração para maiores ângulos º2θ. A dimensão a0 da cela unitária cúbica decresceu com o aumento de Al, de acordo com a equação a o = 0,8385 - 3,63 x 10-5 Al (R²= 0,94). A maioria dos espectros Mössbauer foi composta de um sexteto, mas na taxa mais alta de substituição de 142,5 mmol mol-1 Al um doubleto e sexteto foram obtidos a 300 K. Todos os parâmetros hiperfinos do subespectro foram consistentes com o alto spin Fe3+ (0,2 a 0,7 mms-1) e sugeriram um forte componente superparamagnético associado com o dubleto. O campo magnético hiperfino dos sextetos decresceram com a substituição de Al [Bhf (T) = 49,751 -0,1202Al; R² = 0,94], enquanto as larguras da linha aumentaram de forma linear. A magnetização de saturação também diminuiu com o aumento da substituição isomórfica.