Structure, Mössbauer, électrique et γ | Aimants permanents de Kunming Co., Ltd

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 15495 (2022) Citer cet article

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Une correction de l'auteur à cet article a été publiée le 22 décembre 2022

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Pour des raisons techniques et de radioprotection, il est devenu indispensable de trouver de nouvelles tendances de matériaux intelligents servant de protection contre les rayonnements ionisants. Pour surmonter les propriétés indésirables des tabliers en plomb et fournir les propriétés de protection appropriées ou meilleures contre les rayonnements ionisants, la tendance va maintenant à utiliser la ferrite comme matériau de protection. La méthode de co-précipitation a été utilisée pour empêcher toute phase étrangère dans la nano-ferrite MZN étudiée. Les méthodes de diffraction des rayons X (XRD) et de spectroscopie infrarouge à transmission de Fourier (FTIR) ont été utilisées pour analyser l'échantillon fabriqué. Comme prouvé par XRD et FTIR, les matériaux étudiés ont leur phase spinelle unique avec une structure cubique du groupe spatial Fd3m. La résistivité CC de la ferrite Mg – Zn a été réalisée dans la plage de température (77–295 K), et sa dépendance à la température indique qu'il existe différents mécanismes de transport de charge. L'analyse des spectres Mössbauer a confirmé que le comportement de transition de phase ferrimagnétique à superparamagnétique dépend de la concentration en Zn. L'incorporation de Zn au MZF a amélioré la densité de nano-ferrite, tandis que l'ajout de différents oxydes de Zn a réduit la densité des échantillons de nano-ferrite. Cette variation de densité a modifié les résultats de la protection contre les radiations. L'échantillon contenant une teneur élevée en Zn (MZF-0,5) nous donne de meilleurs résultats dans les propriétés de protection contre les rayonnements à faible gamma, donc cet échantillon est supérieur dans les résultats de protection pour les particules chargées à faible énergie. Enfin, la possibilité d'utiliser la nano-ferrite MZN avec divers contenus dans différents champs de protection contre les rayonnements ionisants peut être conclue.

Bien que les progrès technologiques aient facilité la vie des humains, ils ont également eu des conséquences négatives, telles que l'expansion rapide des sites de stockage de déchets nucléaires. L'utilisation des rayonnements nucléaires dans notre vie quotidienne, qui comprend les industries, les centres de diagnostic médical, les réacteurs nucléaires, l'irradiation des aliments, l'énergie nucléaire. les institutions de recherche, et le diagnostic médical ainsi que la thérapie1. En raison de leurs propriétés magnétiques, électriques, optiques et mécaniques, les échantillons à base d'oxydes tels que les nano-ferrites ont fait l'objet d'une grande attention ces dernières années2,3,4. En conséquence, ces matériaux ont la capacité d'être utilisés dans de nombreuses applications, y compris les diagnostics médicaux, les batteries au lithium rechargeables, les supports haute fréquence, les dispositifs d'énergie solaire, les fluides magnétiques et les matériaux de protection contre les radiations5,6,7. Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé des ferrites sous forme de nanoparticules pour découvrir que les caractéristiques physiques et chimiques de ces ferrites dans la gamme nanométrique sont influencées par des facteurs tels que la taille des cristaux, la bande interdite d'énergie, la surface et la morphologie en vrac8,9, parmi autres choses10.

L'un des matériaux de spinelle magnétiquement doux les plus connus, la ferrite de magnésium et de zinc (MZF) de taille nanométrique, est une substance écologiquement bénigne et non toxique qui absorbe la lumière visible en raison de sa bande interdite minuscule et qui peut être utilisée comme matériau atténué pour gamma des rayons. Une collection diversifiée d'études antérieures démontre un intérêt continu pour la protection contre les radiations contre les rayonnements ionisants11,12,13. De même, la pollution créée par le rayonnement gamma est une grave préoccupation dans les équipements électroniques, de réseau et sans fil, exigeant l'étude et le développement de matériaux d'absorption de rayonnement14,15,16. L'idée générale d'utiliser des matériaux magnétiques doux spinelle dépend des propriétés magnétiques et électriques de ces matériaux, telles que la valeur plus élevée de la conductivité électrique, de la permittivité (σr) et de la perméabilité (μr) du matériau17. Cependant, l'utilisation d'un composite entre un polymère ou un bloc de ciment avec de la ferrite magnétique comme charge est une voie intelligente pour améliorer les performances de blindage EMI18,19.

Il est nécessaire de limiter les émissions indésirables des matériaux/dispositifs et des médias externes afin de réguler et de retarder les effets négatifs des rayonnements ionisants, ainsi que l'influence néfaste sur les personnes. La capacité des matériaux de blindage à dévier et à absorber le rayonnement est la fonction première de ces matériaux. Nous savons que les porteurs de charge dans les matériaux de blindage électriquement conducteurs provoquent une réflexion, et nous pouvons prédire comment cela se produit20,21,22. Le processus d'absorption est réalisé par l'utilisation des dipôles magnétiques et électriques des matériaux de blindage. Plusieurs matériaux de blindage sont utilisés pour conduire le rayonnement d'absorption; ces matériaux ont été sélectionnés pour leurs propriétés intelligentes et prometteuses de protection contre les rayonnements, et ils comprennent des nanotubes de carbone23, du graphène24, des polymères25, du BaTiO36,26, du PZTiO327 et de la nanoferrite28.

Ce travail consiste à synthétiser Mg(1−x)ZnxFe2O4 (MZF) à l'échelle nanométrique via une méthode chimique et développé pour utiliser la ferrite magnétique à utiliser comme matériaux de remplissage qui s'ajoute pour atténuer le rayonnement gamma, qui a une contribution fondamentale sur la décroissance d'absorption qui conduisent à une efficacité de blindage élevée avec une forte atténuation des rayonnements ionisants.

En présence d'échantillons de Mg(1−x)ZnxFe2O4 où (x = 0,0, 0,10, 0,20, 0,30, 0,40 et 0,50) le système de ferrite a été préparé à l'aide de la méthode de co-précipitation29,30. Les matériaux de départ étaient MgCl2·6H2O, ZnCl2 et FeCL3·6H2O (rapport molaire 1:2) par addition d'une solution d'ammoniac à 25 %. Toute la substance utilisée a été importée d'Oxford Lab et était d'une pureté chimique très élevée (99,99%). Réactif. Le système de ferrite a été préparé dans une réaction typique,

Le volume du mélange réactionnel est réuni sous agitation magnétique lors d'un ajout continu et progressif de 25 ml à une solution d'ammoniaque à 25 %, le chauffage se poursuivant pendant trente minutes. Un précipité noir a été décanté et lavé avec 500 ml d'eau distillée dans un champ magnétique changeant (Schéma 1).

Vue schématique de la synthèse de Mg(1−x)ZnxFe2O4 par méthode de co-précipitation.

Les coefficients d'atténuation linéaire (µ) des échantillons de ferrite ont été mesurés expérimentalement en utilisant la méthode du faisceau étroit en conjonction avec un collimateur Pb. Les photons collimatés, d'énergie variable, ont interagi avec plusieurs types d'échantillons de verre. Les mesures de rayonnement ont été effectuées avec un détecteur à scintillation NaI (Tl) (modèle Oxford) avec un 3–3 pouces. fenêtre de détection couplée à un analyseur multicanal31. Les sources radioactives utilisées dans l'expérience étaient le Ba-133 (81 et 356 keV, 1 µCi), le Cs-137 (662 keV, 5 µCi), le Co-60 (1173 et 1332 keV, 10 µCi) et le Th- 233 (911 et 2614 keV, 20 µCi). La figure 1 illustre la configuration expérimentale, qui comprend la source, l'échantillon et le détecteur. La zone sous le photopic a été utilisée pour déterminer l'intensité des photons sans et avec absorbeur pour chaque ligne gamma de l'expérience. Les incertitudes représentaient moins de 1 % du nombre total d'incertitudes. Les spectres ont été analysés à l'aide du logiciel Genie-2000, qui a été développé par Canberra.

Configuration de mesure de rayonnement.

Les diagrammes de diffraction des rayons X des échantillons étudiés recuits à 1100 ° C ont été illustrés à la Fig. 2. Les diagrammes XRD indiquent une structure de spinelle cubique monophasée avec le pic principal (311) 6, 32, 33, 34, 35. Il peut confirmer à partir des larges pics XRD que les échantillons sont constitués de nanoparticules ultrafines. La taille des cristallites a été estimée à partir de XRD à partir des pics les plus intenses en utilisant l'équation de Scherer. (1) et trouvé dans la gamme 35–45 nm. Les valeurs calculées du paramètre de réseau (a), de la taille des cristallites (t), de la distance interplanaire (d), de la densité de rayons X (dx) et de la densité apparente (dB), ainsi que du pourcentage de porosité (P) sont également résumé dans le tableau 1.

Schéma XRD des échantillons Mg(1−x)ZnxFe2O4 où (x = 0,0, 0,10, 0,20, 0,30, 0,40 et 0,50).

Le score élevé correspondant plus des échantillons de Mg(1−x)ZnxFe2O4 est illustré à la Fig. 3. Pics de diffraction correspondant aux plans de diffraction (111), (220), (311), (222), (400), (422) , (511), (440), (533) et (202) sont indexés en monophasé de groupe spatial Fm-3m.

Le score élevé correspondant plus pour les modèles XRD pour tous les échantillons.

Les paramètres de structure et de réseau des échantillons de Mg(1−x)ZnxFe2O4 ont été déterminés sur la base de la pleine largeur à mi-hauteur maximale-FWHM (β), de l'angle de Bragg (θ en radians) et des indices de Miller de chaque plan (hkl) de la diffraction culminer. À l'aide des équations suivantes, nous pouvons déterminer la distance interplanaire (d′), la microdéformation (ɛ), la séparation interchaînes (R), la taille des cristallites (d), la densité de dislocations (δ) et les paramètres de distorsion (g)36 :

où k = 0,89 ; et λ longueur d'onde du rayon X pour le rayonnement Cu–κα = 1,541178 Å

Les paramètres structurels R, ɛ, d, δ et g sont calculés et tabulés dans le tableau 1. Les données calculées, présentées dans le tableau 1, montrent que les valeurs du paramètre de réseau (a) diminuent avec la diminution de la teneur en Mg37. Cette diminution peut être attribuée au remplacement de l'ion Mg2+ avec un rayon ionique plus petit (0,066 nm) par l'ion Zn2+ avec un rayon ionique plus grand (0,082 nm). De plus, le comportement de densité inhabituel qui augmente jusqu'à x = 0,3 puis diminue peut être attribué au remplacement du Mg plus léger par des atomes de Zn plus lourds et à la distribution de la concentration de zinc entre les sous-réseaux et, par conséquent, à l'influence de la condensation sur la structure cristalline38. Les valeurs évaluées dans le tableau 1 montrent que la composition de ferrite Mg-Zn réduit de manière significative à la fois la XRD et la densité apparente. Ceci est lié au remplacement de l'ion Mg2+ avec un rayon ionique inférieur (0,066 nm) par un ion Zn2+ avec un rayon ionique plus grand (0,082 nm) Les ions Zn2+ dans une ferrite spinelle, d'autre part, ont une affinité significative pour les espaces interstitiels tétraédriques ( A-sites) et peuvent donc remplacer à la fois les ions Mg2+ et Fe3+ dans les sites A, comme indiqué dans The cation distribution. Tout cela démontre que la proportion de lacunes dans les matériaux augmente, ce qui a un impact sur la densité de tassement.

La figure 4 illustre les spectres FTIR dans la plage des nombres d'onde (400 à 1 500 cm-1) à température ambiante pour des échantillons de Mg(1-x)ZnxFe2O4 préparés à l'aide de la méthode de co-précipitation. On peut remarquer que la fréquence supérieure (υTetra) attribuée à la vibration intrinsèque du complexe tétraédrique autour de ≈ 600 cm−1, la fréquence inférieure (υOcta) attribuée à la vibration intrinsèque du complexe tétraédrique autour de ≈ 450 cm−139,40. Ce changement entre deux fréquences peut s'expliquer par le changement du complexe Fe3+_O− dans le système de ferrite Mg(1−x)ZnxFe2O4 en raison de la possibilité d'occupation des ions Zn2+ au niveau des sites tétraédriques (A), les ions Fe occupent partiellement les sites A et les sites B. Mg2+ diminue au niveau des sites A et/ou des sites B remplaçant l'ion Zn2+, entraînant la migration de certains ions Fe des sites B vers les sites A. On peut observer que les bandes IR caractéristiques telles que représentées distinguent des bandes proches de 1400 cm-1. Ce qui est attribué aux modes d'étirement et aux vibrations de flexion H–O–H de l'eau libre ou absorbée30.

FTIR d'échantillons de Mg(1−x)ZnxFe2O4 où (x = 0,0, 0,10, 0,20, 0,30, 0,40 et 0,50).

Les constantes de force (FC) aux sites A et B, qui dépendent des fréquences vibrationnelles, sont (FOcta) et (FTetra), respectivement, comme indiqué dans le tableau 2. On peut voir que la constante de force au site tétraédrique est plus étendu que celui des sites octaédriques. La réduction de la constante de force au site tétraédrique après substitution de Zn2+ dans MgFe2O4 indique que les ions Zn2+ occupent les sites tétraédriques. \(F=4\pi {c}^{2}{v}^{2}\mu\) a été utilisé pour calculer la constante de force des liaisons vibrantes, où c est la vitesse de la lumière dans l'espace (cm/s) , est le nombre d'onde de fréquence, et est la masse diminuée des ions Fe3+ et O2−, qui est donnée par \(\mu =\frac{{m}_{o}*{m}_{Fe}}{{m }_{o}+{m}_{Fe}}\)39.

Il peut montrer à partir de la Fig. 5 qu'il y a un chevauchement dans la bande d'absorption dans les spectres FTIR pour tous les échantillons. Par conséquent, pour plus d'analyses et obtenir des informations approfondies sur les changements dans la structure et la position de la bande d'absorption qui se produisent à travers les échantillons étudiés en utilisant les spectres déconvolués via plusieurs pics gaussiens ≈ (8-14 pics). Tous les paramètres d'obtention obtenus à partir des pics déconvolutés FTIR sont illustrés dans le tableau 3.

Déconvolution gaussienne du spectre FTIR des échantillons Mg(1−x)ZnxFe2O4 où (x = 0,0, 0,10, 0,20, 0,30, 0,40 et 0,50).

Les figures 6a,b montrent la dépendance de la résistivité électrique et de la conductivité pour le système de ferrite Mg(1−x)ZnxFe2O4 sur les plages de température (77–295 K). On peut clairement remarquer que l'existence de deux régions linéaires caractérise chaque courbe de conductivité ce qui peut être attribué à la présence de différents mécanismes de transport de charge41,42. Le graphique ln(σ) en fonction de 1000/T montre une relation de mono-linéarité pour estimer l'énergie d'activation sur toute la plage de température. Par conséquent, l'énergie d'activation (Ea) a été déterminée à l'aide de l'équation d'Arrhenius où le graphique correspondant ln(σT) contre 1000/T montre une relation approximativement linéaire, comme indiqué dans l'équation. (9)43,44,45.

(Ln ρ), (Ln σ) Vs. (1000/T, (k−1)) d'échantillons de Mg(1−x)ZnxFe2O4 où (x = 0,0, 0,10, 0,20, 0,30, 0,40 et 0,50).

Dans cette équation, \({\rho }_{o}\) est la résistivité à température ambiante, \(\Delta E\) est l'énergie d'activation en électronvolts, k est la constante de Boltzmann, 8,625 × l0–5 eV /K, et T est la température absolue. Il y avait deux processus de conductivité parallèles avec des énergies d'activation différentes qui étaient responsables du changement de pente dans toutes les courbes. Ce changement de pente est souvent observé à des températures proches de la température de Curie des échantillons (Tc)46,47,48.

Il a été possible de calculer l'énergie d'activation de chaque échantillon dans la plage de température observée à la pente des tracés linéaires de résistivité. Selon les résultats, l'énergie d'activation a été déterminée comme étant comprise entre 0,21 et 0,76 eV, comme indiqué dans le tableau 4 et la figure 7. Il a été découvert que l'augmentation de la teneur en Zn dans le système ferrite Mg(1−x)ZnxFe2O4 jusqu'à x = 0,2 a entraîné une augmentation de l'énergie d'activation, puis les diminutions peuvent être attribuées à la théorie de peuvent être attribuées à la présence de différents mécanismes de transport de charge et la diminution que cela peut être attribuée à la théorie d'un changement d'énergie d'activation est due à la séparation de la bande de conduction et des bandes de valence en dessous (Tc) de la valeur plus élevée de l'énergie d'activation à une concentration plus élevée de Zn indique le fort blocage du mécanisme de conduction entre les ions Fe3+ et Fe2+48.

Énergie d'activation du système de ferrite Mg – Zn avec différentes teneurs en Mg-(x).

Pour tous les échantillons pesant 0,015 g, des mesures de spectroscopie Mössbauer homogènes et bien broyées ont été effectuées. La décroissance séquentielle de la source de 57Co a produit des rayons de 14,4 keV (5 mCi). Toutes les mesures ont été effectuées sur une plage de vitesse de ± 10 mm s à température ambiante (RT) et les données spectrales ont été ajustées à l'aide de formes de lignes lorentziennes. Les spectres Mösbauer de Mg1 − xZnxFe2O4 ont été acquis à (RT) et ajustés à l'aide de formes de lignes lorentziennes (Fig. 8). Illustre les paramètres hyperfins, le décalage isomère (IS), le champ magnétique hyperfin (Hhf), le décalage quadripolaire (QS), la surface relative (A0) et la largeur de ligne (Г). L'analyse des spectres Mösbauer pour tous les spectres enregistrés (x = 0–0, 5) est caractéristique des doublets de division, qui sont attribués à la présence d'ions Fe3 + sur le site tétraédrique et octaédrique et ont confirmé le comportement superparamagnétique des échantillons de ferrite Mg – Zn49, 50.

Spectres Mössbauer ajustés pour les échantillons Mg(1−x) Zn(x)Fe2O4.

Un seul sextuor (B) en plus du doublet superparamagnétique a été observé ; cela indique des effets de relaxation, c'est-à-dire la présence d'ions uniquement dans le site octaédrique B alors que le sextuor magnétique du site A s'annule. Cependant, la possibilité d'occuper des ions Fe3+ dans les sites A et B peut affecter légèrement les valeurs de champ magnétique hyperfin, le déplacement isomère de déplacement quadripolaire et la connexion à la substitution de Zn dans la composition Mg-ferrite. Pour tous les échantillons, les centres des lignes de Zeeman ne sont pas modifiés (0,446 pour le sextuor (B) et 0,431 pour le doublet), indiquant que le remplacement des ions Mg2+ par des ions Zn2+ n'a pas modifié la symétrie du site.

Les paramètres ajustés donnés dans (tableau 5) montrent les paramètres Mossbauer ajustés décalage isomère (δ), division quadripolaire (ΔEQ) et zone (A) Le décalage isomère du sextet (B) est attribué aux ions de fer sur le site B, en raison de la différence de séparation internucléaire Fe3+–O2−51,52,53. L'aire des spectres sous Mössbauer pour le sextet (B) diminue systématiquement à mesure que la teneur en Zn augmente dans le site B. Attribué à l'augmentation du caractère paramagnétique faible (ions Zn) alors que le caractère ferromagnétique diminue (ion Fe), c'est-à-dire affaiblit les interactions inter sous-réseaux (AB) entre les ions Fe. Comme les tailles de particules sont petites, la cristallisation sera imparfaite. Les valeurs ΔEQ diminuent avec l'augmentation de la teneur en Zn indiquant moins de distorsion locale aux sites B de la structure de ferrite54. La croissance du doublet superparamagnétique due à la diminution de la taille des particules avec l'augmentation de la teneur en Zn, ce qui signifie une réduction de l'aimantation en vrac. En raison d'un grand nombre de plus proches voisins non magnétiques, le doublet central peut être attribué aux ions isolés magnétiquement qui ne contribuent pas à l'ordre magnétique à longue portée55,56.

Les transmissions (T) ont été calculées à l'aide de la formule suivante basée sur les intensités photoniques (I) et l'épaisseur du verre (t) pour une variété d'échantillons de ferrite à différentes énergies57,58 :

Les valeurs T pour les échantillons de ferrite contenant 0,0, 0,10, 0,20, 0,30, 0,40 et 0,50 Zn sont représentées sur les Fig. 9, 10 et 11 à 0,356, 0,662, 0,911, 1,332 et 2,614 MeV. (Un exemple).

Variation de transmission par rapport aux valeurs d'épaisseur (x) pour l'échantillon de nano-ferrite MZF0.0.

Variation de la transmission par rapport aux valeurs d'épaisseur (x) pour l'échantillon de nano-ferrite MZF0.3.

Variation de la transmission en fonction des valeurs d'épaisseur (x) pour l'échantillon de nano-ferrite MZF0.5.

Les valeurs T des échantillons de ferrite chutent à une énergie particulière lorsque la teneur en Zn et l'épaisseur des échantillons de ferrite augmentent, comme illustré sur ces figures. Les valeurs T pour les échantillons de ferrite MZF0.0, MZF0.3 et MZF0.5 sont respectivement de 0,10012086, 0,116960243 et -0,12909263 à 0,356 MeV et 0,29 cm. La loi de Beer-Lambert peut être utilisée pour déterminer le coefficient d'atténuation linéaire (µ), qui est une caractéristique importante pour mesurer l'interaction des photons avec des échantillons de ferrite59 :

Les valeurs du coefficient d'atténuation de masse (µm) des échantillons de ferrite MZF0.0, MZF0.1, MZF0.2, MZF0.3, MZF0.4, MZF0.5 à 0,081, 0,356, 0,662, 0,911, 1,173, 1,332 et 2,614 Les MeV sont illustrés à la Fig. 12. Avec l'augmentation de l'énergie des photons, les valeurs chutent. Les photons interagissent avec la matière de trois manières différentes, selon leur énergie. En ce qui concerne les interactions, l'effet photoélectrique, la diffusion Compton et la création de paires sont tous des phénomènes qui se produisent à différents niveaux d'énergie : respectivement faible, moyen et élevé.

Variation du coefficient d'atténuation massique (µm) en fonction de l'énergie des photons pour tous les échantillons de nano-ferrite étudiés.

À 0,081, 0,356, 0,662, 0,911, 1,173, 1,332 et 2,614 MeV, les valeurs par rapport à la composition de ferrite sont indiquées à la Fig. 13. Il y avait une exception à cette règle à la Fig. 13, où les valeurs d'atténuation de masse pour tous les échantillons sauf pour celui à 0,081 MeV diminue à mesure que la teneur en Zn augmente de 0 à 0,5 % en poids. Cela peut attribuer à dominer la diffusion Compton dans cette région d'énergie. Où la probabilité qu'une réaction de Compton se produise est proportionnelle à Z et à l'énergie des photons (E) selon Z/E.

Variation du coefficient d'atténuation massique (µm) par rapport aux échantillons de nano-ferrite étudiés.

La conception de la protection contre les rayonnements repose fortement sur la couche de demi-valeur (T0,5). L'épaisseur de matériau nécessaire pour réduire l'intensité des photons incidents à 50 % de sa valeur de départ est appelée cette caractéristique60 :

Les valeurs T0,5 des échantillons de ferrite à 0,081, 0,356, 0,662, 0,911, 1,173, 1,332 et 2,614 MeV ont été mesurées et tracées à la Fig. 14. Les échantillons de ferrite se sont avérés avoir des valeurs T0,5 inférieures lorsque la teneur en Zn augmentait. de 0 à 0,5 % en poids. Par exemple, à 0,356 MeV, 1,87, 1,70, 1,67, 1,65, 1,62 et 1,56 cm sont les valeurs T0,5 des MZF0.0, MZF0.1, MZF0.2, MZF0.3, MZF0.4 et MZF0 .5 échantillons de ferrite, respectivement. De plus, les valeurs T0,5 de tous les échantillons de ferrite augmentent à mesure que l'énergie des photons augmente. Pour l'échantillon MZF0.5, 0,36, 1,56, 2,00, 2,37, 2,70, 2,88 et 3,97 cm sont les valeurs mesurées T0,5 à 0,081, 0,356, 0,662, 0,911, 1,173, 1,332 et 2,614 MeV. Les résultats montrent que les échantillons de ferrite MZF0.0 et MZF0.5 ont respectivement les valeurs T0.5 les plus élevées et les plus basses.

Variation de la couche de demi-valeur (T0,5) en fonction de l'énergie des photons pour tous les échantillons.

La ferrite de magnésium et de zinc a été synthétisée avec succès à l'aide de la méthode de co-précipitation et caractérisée à l'aide des techniques XRD et FTIR. Les diagrammes XRD confirment la formation d'une seule phase. Les données XRD ont été utilisées pour explorer les propriétés structurelles telles que le paramètre de réseau aexp (Å), la taille des cristallites t (nm), la distance interplanaire d (nm), la densité de rayons X dx (g/cm3), la densité apparente dB (g/cm3) , Porosité P (%), séparation interchaîne R (nm), microdéformation (ɛ), densité de dislocation δ (nm-2) et paramètres de distorsion (g). il a été trouvé fortement dépendant des paramètres structuraux avec remplacement du Zn par des ions Mg. À partir des spectres FTIR, les fréquences de vibration ν1 et ν2 pour les sites tétraédriques et octaédriques ont augmenté dans la plage de 609–624 cm−1 et 461–482 cm−1, respectivement, ce qui a été utilisé pour calculer les constantes de force. Le champ magnétique hyperfin et l'isomère se décalent fortement en fonction de Zn dans la composition Mg-ferrite. L'ajout de Zn à la ferrite de magnésium-zinc MZF-nano-ferrite a amélioré la densité et amélioré les propriétés de protection gamma. Les propriétés µm ont été déterminées expérimentalement à 0,081, 0,356, 0,662, 0,911, 1,332 et 2,614 MeV. Les propriétés de blindage gamma pour l'échantillon MZF-nano-ferrite sont les plus élevées par rapport aux autres échantillons à faible énergie. Par exemple, les valeurs MAC à 0,081 MeV sont 0,283, 0,311, 0,340, 0,368, 0,396 et 0,425 cm2/g pour MZF0.0, MZF0.1, MZF0.2, MZF0.3, MZF0.4 et MZF0.5 échantillons de ferrite; tandis que les valeurs MAC à 2,614 MeV sont 0,0385, 0,03894, 0,03848, 0,03847, 0,03846 et 0,03845 cm2/g pour la ferrite MZF0.0, MZF0.1, MZF0.2, MZF0.3, MZF0.4 et MZF0.5 échantillons. Les résultats MZF0.5 ont montré des résultats supérieurs pour MZF-nano-ferrite à basse énergie et MZF0.0 haute énergie. D'après les résultats obtenus, nous pouvons désigner le MZF-nano-ferrite comme un matériau de protection contre les rayonnements pour les rayons γ.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article publié.

Une correction à cet article a été publiée : https://doi.org/10.1038/s41598-022-26362-0

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Ce travail a été financé par Princess Nourah bint, Abdulrahman University, Research Supporting Project number (PNURSP2022R173) Princess Nourah bint, Abdulrahman University Riyadh, Saudi Arabia.

Institut de physique et de technologie, Université fédérale de l'Oural, 620003, Ekaterinbourg, Russie

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Shams AM Issa

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Gharam A. Alharshan

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MAM Uosif

Département de physique, Faculté des sciences, Université de Tanta, Tanta, 31527, Égypte

AMA Henaish

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HMZ, SAI et AMH : ont rédigé le texte principal du manuscrit ; HAS, MAU, GAA et SAI : ont préparé et noyé toutes les figures ; HAS, GAA et HMZ : Contribuer à la préparation des matériaux composites utilisés ; Tous les auteurs ont revu et révisé le manuscrit.

Correspondance à Hesham MH Zakaly.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

La version originale en ligne de cet article a été révisée : dans la version originale de cet article, MAM Uosif était incorrectement affilié au « Département de physique, Faculté des sciences, Université Al-Azhar, Branche d'Assiut, Assiut 71524, Égypte ». L'affiliation correcte est : Département de physique, Collège des sciences, Université de Jouf, PO 2014, Sakaka, Al‑Jouf, Arabie saoudite.

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Zakaly, HMH, Issa, SAM, Saudi, HA et al. Structure, Mössbauer, propriétés électriques et d'atténuation des rayons γ de la méthode de co-précipitation synthétisée par la ferrite de magnésium et de zinc. Sci Rep 12, 15495 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-17311-y

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Reçu : 04 février 2022

Accepté : 25 juillet 2022

Publié: 15 septembre 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-17311-y

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