通过化学及环保绿色方法合成的掺银CoFe?O?纳米粒子的结构与铁电性能

《Nano Trends》：Structural and Ferroelectric Properties of Ag-Doped CoFe?O? Nanoparticles Synthesized via Chemical and Eco-Friendly Green Routes

　　

Raushan Kumar|Rakesh Kumar Singh|Abhay K. Aman|Monalisa|Rupesh K. Singh|Manisha Kumari

摘要

本研究通过两种不同方法对掺银钴铁氧体（Ag?Co_1-xFe?O?，x = 0.00、0.01、0.03、0.04）纳米粒子的合成进行了比较研究：一种是用柠檬酸作为配位剂的传统化学溶胶-凝胶法，另一种则是利用木棉花提取物作为天然封端剂和还原剂的环保绿色合成法。研究采用了X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、泽塔电位分析以及铁电P-E滞后环测量等方法，全面分析了合成方法对所得纳米粒子结构、表面特性、电学性能及铁电性能的影响。XRD检测结果显示所有样品均为单相尖晶石结构；SEM图像显示化学合成的样品形态更为致密均匀，而绿色合成的样品在较高掺杂浓度下则呈现中度多孔结构且存在轻微团聚现象。X射线光电子能谱（XPS）分析证实这些样品中存在Co、Fe、O和Ag元素，其结合能特征与尖晶石型CoFe?O?结构相符。泽塔电位分析表明，化学合成的纳米粒子具有更强的胶体稳定性，表面电荷更为负，分布曲线也更尖锐，而绿色合成的纳米粒子分布范围更广，泽塔电位值更低。铁电性能测试显示，两种合成方法都能产生可切换的极化行为。其中，化学合成的Ag_0.03Co_0.97Fe₂O₄（AC3样品）的饱和极化和剩余极化强度最高；而在优化条件下，绿色合成的Ag_0.03Co_0.97Fe₂O₄（AF3样品）也展现出了良好的铁电性能。总体而言，化学合成方法能获得更高的一致性和电学性能，而绿色合成方法作为一种可持续且生物相容性强的替代方案，也具备相当的功能性能。本研究表明，合成策略在调控铁氧体基纳米材料的多功能性能方面起着关键作用，这类材料有望应用于生物医学、传感器、电子工业、能量收集以及环境修复等领域。