Synthèse et caractérisation de nanoparticules magnétiques spinelles à base de fer

Abstract

Ce travail porte sur la synthèse et la caractérisation de nanoparticules (NPs) magnétiques spinelles à savoir la magnétite (2FO) et le ferrite de cobalt (CFO). Nous avons étudié l’effet du recuit sur la stabilité thermique de nos échantillons et aussi l’influence de la substitution par des ions Mg2+ et Al3+ sur les propriétés physico-chimiques de CFO. Pour sa part, l’échantillon 2FO a subi deux oxydations, la première a conduit à la formation de la maghémite et ce pour une température de recuit de 250°C alors que la seconde a conduit à l’hématite après un recuit à 850°C. En revanche, le CFO présente une bonne cristallinité pour un recuit, sous l’air, de 850°C. Ainsi, nous avons procédé par la suite à étudier l’effet de la substitution par les deux ions cités auparavant sur CFO, soient Co1-xMgxFe2O4 et CoAlxFe2-xO4 avec x variant de 0 à 1, et ce pour un recuit de 850°C. L’analyse structurale, par diffraction des rayons X, nous a permis de conclure que la structure de nos échantillons est de type spinelle avec une diminution de la taille des cristallites lorsque x augmente. La forme des NPs ainsi que les analyses chimiques ont été réalisées par microscopie électronique. Les courbes magnétiques, mesurées à 300K et aux basses températures, des échantillons magnétite et maghémite montrent que ces matériaux présentent, respectivement, des comportement super-paramagnétique et ferrimagnétique, tandis que pour l’échantillon hématite, il fait apparaître en plus une transition dite transition de Morin à 230K. La substitution par l’ion Mg2+ et Al3+ a affecté le magnétisme du ferrite CFO, nous avons ainsi observé une dilution du paramètre magnétique (Ms) qui dépend aussi bien de la nature magnétique du substituant que la taille des cristallites. Un comportement dit wasp waist a été révélé par CFO substitué par Mg2+ à une température de 5K. Aussi, l’effet de surface dit spin-canting et l’effet d’interparticules ont été observés dans nos échantillons. Les spectres Mössbauer, collectés à 300K, de 2FO et maghémite sont des spectres caractérisant une relaxation superparamagnétique induite par la taille nanométrique de NPs (8nm), cette relaxation a été aussi observée pour des spectres de CFO fortement substitué xMg=xAl=1. Pour l’échantillon hématite, les mesures Mössbauer ont été réalisées à 300, 80 et 6K, et confirment la présence du phénomène de Morin. Par ailleurs, les spectres relatifs aux échantillons CFO, substitués par l’ion Mg2+ , ont été ajustés par deux sextuplets traduisant l’occupation des sites (A) et [B] de la spinelle par le fer. Quant à la substitution par l’ion Al3+, l’ajustement des spectres est rendu possible par la superposition de plusieurs sextuplets et doublets paramagnétiques, et ce en raison de la diminution du taux des atomes de fer dans le système ferrite-CoAl. De l’ajustement des spectres, nous avons constaté une diminution du champ hyperfin au fur et à mesure que la teneur du substituant (Mg2+ et Al3+) augmente. Aussi, les valeurs des déplacements isomériques obtenues sont caractéristiques des ions Fe3+ .