Title
Ispitivanje strukturnih i magnetnih svojstava različitih polimorfa mangan-dioksida
Creator
Barudžija, Tanja S., 1979-
Copyright date
2017
Object Links
Select license
Autorstvo-Nekomercijalno-Bez prerade 3.0 Srbija (CC BY-NC-ND 3.0)
License description
Dozvoljavate samo preuzimanje i distribuciju dela, ako/dok se pravilno naznačava ime autora, bez ikakvih promena dela i bez prava komercijalnog korišćenja dela. Ova licenca je najstroža CC licenca. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/deed.sr_LATN. Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
Serbian
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 16. 3. 2018.
Other responsibilities
mentor
Mitrić, Miodrag.
mentor
Cvjetićanin, Nikola, 1959-
član komisije
Damjanović-Vasilić, Ljiljana.
član komisije
Perović, Marija.
član komisije
Mojović, Miloš, 1973-
Academic Expertise
Prirodno-matematičke nauke
Academic Title
-
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Fakultet za fizičku hemiju
Alternative title
Study of structural and magnetic properties of different polymorphs of manganese dioxides
Publisher
[T. Barudžija]
Format
129 listova
description
Fizička hemija-Fizička hemija materijala /Physical Chemistry-Physical Chemistry of Materials
Abstract (sr)
Predmet rada ove doktorske disertacije usmeren je na detaljno ispitivanje strukturnih, morfoloških, i magnetnih svojstava različitih polimorfa mangan-dioksida sintetisanih hidrotermalnom metodom. Proučavani su polimorfi β-MnO2 tetragonalne rutilne strukture i α-KxMnO2 tetragonalne holanditne strukture. Ispitivani materijali dobijeni su različitim postupcima sinteze i oni su ispitivani rendgenostrukturnom analizom, skenirajućom elektronskom mikroskopijom, metodom energetski disperzivne spektrometrije, ramanskom i infracrvenom spektroskopijom, metodom elektronske paramagnetne rezonancije i primenom merenja magnetizacije pomoću SQUID-magnetometra u konstantnom (DC) i promenljivom (AC) spoljašnjem magnetnom polju.
Na osnovu merenja skenirajuće elektronske mikroskopije utvrĎeno je da svi ispitivani materijali poseduju morfologiju nanoštapića, što je potvrĎeno i mikrostrukturnom karakterizacijom na osnovu rendgenostrukturnih merenja. Na osnovu merenja vibracione spektroskopije potvrĎene su strukturne karakteristike ispitivanih materijala. Kod β-MnO2 materijala koji poseduje jednostavniju rutilnu strukturu, infracrvenom spektroskopijom detektovana je dodatna traka koja potiče od čestica drugačije veličine i/ili oblika, dok su ramanskom spektroskopijom uspešno detektovane dve dodatne trake koje potiču od strukturno neureĎenog i nestehiometrijskog regiona MnO2-δ na površini nanoštapića. PotvrĎeno je da β-MnO2 materijal ima antiferomagnetni prelaz na 93 K, a za α-KxMnO2 materijale ustanovljeno je kompleksnije niskotemperatursko ponašanje. α-KxMnO2 materijali holanditne strukture ispoljavaju reentrant ponašanje spinskog stakla: stanje spinskog stakla se javlja na temperaturama niţim od temperature na kojoj se javlja slabo feromagnetno ureĎenje. Stanje superspinskog stakla na niskim temperaturama kod oba α-KxMnO2 materijala nedvosmisleno je potvrĎeno kroz ispitivanje magnetnih relaksacija, starenja i memorijskih efekata. Merenja elektronske paramagnetne rezonancije kod β-MnO2 i α-K0,15MnO2 materijala pokazala su prisustvo dva tipa Mn4+ jona koja se nalaze u
različitom lokalnom katjonskom okruţenju: (i) Mn4+ joni u čijem su lokalnom katjonskom okruţenju uglavnom samo Mn4+ joni i (ii) Mn4+ joni oko kojih je mešovito Mn4+/Mn3+ okruţenje. Region sa mešovitom valencom mangana kod β-MnO2 materijala potiče od nestehiometrijskog sloja MnO2-δ na površini nanoštapića, a kod α-K0,15MnO2 materijala, lokalno katjonsko okruţenje sa mešovitom valencom mangana javlja se u neposrednoj blizini tunelnih kalijumovih katjona. Rezultati dobijeni u ovoj disertaciji značajni su za bolje razumevanje strukturnih i magnetnih karakteristika nanostrukturnih mangan-dioksida, naročito nedovoljno istraţenih magnetnih karakteristika α-KxMnO2 holanditne strukture.
Abstract (en)
The research topic of this doctoral dissertation is a detailed study of structural, morphological and magnetic properties of different polymorphs of manganese dioxides that are hydrothermally synthesized. Polymorphs β-MnO2 with tetragonal rutile-type structure and α-KxMnO2 with tetragonal hollandite-type structure were studied. Investigated materials have been obtained by different synthesis pathways and they were examined by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), Raman and infrared spectroscopy, electron paramagnetic resonance (EPR) and DC and AC magnetization measurements.
SEM images showed nanorod shape of all specimens, while microstructure characterization done by XRD measurements revealed that crystallites have an elongated rod-like shape and hence, it confirmed the anisotropic morphology. Based on vibrational spectroscopic measurements, structural characteristics of investigated materials have been confirmed. In the infrared spectrum of β-MnO2 with a simpler rutile-type structure, the additional band that originates from particles of different shape and/or size has been obtained, while in the Raman spectrum, additional bands that originate from the presence of nonstoichiometric and disordered MnO2-δ on the surface of nanorods, have been obtained. Magnetic ordering of β-MnO2 is antiferromagnetic below 93 K, while α-KxMnO2 materials possess more complicated low-temperature behaviour of the reentrant spin-glass type: the onset of the spin-glass state occurs at temperatures below the weak ferromagnetic ordering. Low-temperature superspin-glass state has been confirmed through the investigations of magnetic relaxations, aging and memory effects. EPR measurements of β-MnO2 and α-K0.15MnO2 show the appearance of two types of Mn4+ ions having different local cationic environment: (i) Mn4+ ions in Mn4+-rich environment and (ii) Mn4+ ions in mixed-valence Mn4+/Mn3+ environment. For β-MnO2 material mixed-valence Mn4+/Mn3+ environment match up with nonstoichiometric MnO2-δ at the surface of the nanorods, while for α-K0.15MnO2
material local mixed-valence Mn4+/Mn3+ environment appears close to the tunnel potassium cations. The results obtained in this dissertation are important for a better understanding of the structural and magnetic properties of nanostructured manganese dioxides, in particular the insufficiently investigated magnetic properties of the α-KxMnO2 with holandite-type structure.
Authors Key words
Mangan-dioksidi, hidrotermalna sinteza, rendgenska difrakcija, Ritveldova analiza, magnetna svojstva, spinska stakla, ramanska spektroskopija, infracrvena spektroskopija, elektronska paramagnetna rezonancija
Authors Key words
Manganese dioxides; Hydrothermal synthesis; X-ray diffraction; Rietveld refinement; Magnetic properties; Spin glasses; Raman spectroscopy; Infrared spectroscopy; Electron paramagnetic resonance.
Classification
66.017:544.2(043.3)
Type
Tekst
Abstract (sr)
Predmet rada ove doktorske disertacije usmeren je na detaljno ispitivanje strukturnih, morfoloških, i magnetnih svojstava različitih polimorfa mangan-dioksida sintetisanih hidrotermalnom metodom. Proučavani su polimorfi β-MnO2 tetragonalne rutilne strukture i α-KxMnO2 tetragonalne holanditne strukture. Ispitivani materijali dobijeni su različitim postupcima sinteze i oni su ispitivani rendgenostrukturnom analizom, skenirajućom elektronskom mikroskopijom, metodom energetski disperzivne spektrometrije, ramanskom i infracrvenom spektroskopijom, metodom elektronske paramagnetne rezonancije i primenom merenja magnetizacije pomoću SQUID-magnetometra u konstantnom (DC) i promenljivom (AC) spoljašnjem magnetnom polju.
Na osnovu merenja skenirajuće elektronske mikroskopije utvrĎeno je da svi ispitivani materijali poseduju morfologiju nanoštapića, što je potvrĎeno i mikrostrukturnom karakterizacijom na osnovu rendgenostrukturnih merenja. Na osnovu merenja vibracione spektroskopije potvrĎene su strukturne karakteristike ispitivanih materijala. Kod β-MnO2 materijala koji poseduje jednostavniju rutilnu strukturu, infracrvenom spektroskopijom detektovana je dodatna traka koja potiče od čestica drugačije veličine i/ili oblika, dok su ramanskom spektroskopijom uspešno detektovane dve dodatne trake koje potiču od strukturno neureĎenog i nestehiometrijskog regiona MnO2-δ na površini nanoštapića. PotvrĎeno je da β-MnO2 materijal ima antiferomagnetni prelaz na 93 K, a za α-KxMnO2 materijale ustanovljeno je kompleksnije niskotemperatursko ponašanje. α-KxMnO2 materijali holanditne strukture ispoljavaju reentrant ponašanje spinskog stakla: stanje spinskog stakla se javlja na temperaturama niţim od temperature na kojoj se javlja slabo feromagnetno ureĎenje. Stanje superspinskog stakla na niskim temperaturama kod oba α-KxMnO2 materijala nedvosmisleno je potvrĎeno kroz ispitivanje magnetnih relaksacija, starenja i memorijskih efekata. Merenja elektronske paramagnetne rezonancije kod β-MnO2 i α-K0,15MnO2 materijala pokazala su prisustvo dva tipa Mn4+ jona koja se nalaze u
različitom lokalnom katjonskom okruţenju: (i) Mn4+ joni u čijem su lokalnom katjonskom okruţenju uglavnom samo Mn4+ joni i (ii) Mn4+ joni oko kojih je mešovito Mn4+/Mn3+ okruţenje. Region sa mešovitom valencom mangana kod β-MnO2 materijala potiče od nestehiometrijskog sloja MnO2-δ na površini nanoštapića, a kod α-K0,15MnO2 materijala, lokalno katjonsko okruţenje sa mešovitom valencom mangana javlja se u neposrednoj blizini tunelnih kalijumovih katjona. Rezultati dobijeni u ovoj disertaciji značajni su za bolje razumevanje strukturnih i magnetnih karakteristika nanostrukturnih mangan-dioksida, naročito nedovoljno istraţenih magnetnih karakteristika α-KxMnO2 holanditne strukture.
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.