Structure and magnetic properties of Gd2O3 nanoparticles obtained by the spark discharge method

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Gadolinium oxide nanoparticles were obtained by the spark discharge electrophysical method. Structure, magnetic and magnetocaloric properties of Gd2O3 nanoparticles are comparatively analyzed. According to X-ray phase analysis, the synthesized Gd2O3 nanoparticles contain two crystallographic phases: cubic and monoclinic. The change in the magnetic part of the entropy dSM was determined from the measurement data of magnetic isotherms based on the Maxwell relation. The maximum value of dSM for a magnetic field variation amplitude of 2 T was approximately 17 J/kgK and was observed at a temperature of 2.5 K.

About the authors

A. V. Svalov

Ural Federal University

Email: andrey.svalov@urfu.ru
Ekaterinburg, 620002 Russia

I. V, Beketov

Ural Federal University; The Institute of Electrophysics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: andrey.svalov@urfu.ru
Ekaterinburg, 620002 Russia; Ekaterinburg, 620016 Russia

A. D. Maksimov

The Institute of Electrophysics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: andrey.svalov@urfu.ru
Ekaterinburg, 620016 Russia

A. I. Medvedev

The Institute of Electrophysics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: andrey.svalov@urfu.ru
Ekaterinburg, 620016 Russia

D. S. Neznakhin

Ural Federal University

Email: andrey.svalov@urfu.ru
Ekaterinburg, 620002 Russia

A. V. Arkhipov

Ural Federal University

Email: andrey.svalov@urfu.ru
Ekaterinburg, 620002 Russia

G. V. Kurlyandskaya

Ural Federal University

Author for correspondence.
Email: andrey.svalov@urfu.ru
Ekaterinburg, 620002 Russia

References

  1. Пустоваров В.А., Трофимова Е.С., Кузнецова Ю.А., Зацепин А.Ф. Антистоксова люминесценция нанокристаллов Gd2O3, легированных ионами Er3+ и Yb3+ // Письма в ЖТФ. 2018. Т. 44. Вып. 14. С. 42–49.
  2. Fang J., Chandrasekharan P., Liu X.-L., Yang Y., Lv Y.-B., Yang C.-T., Ding J. Manipulating the surface coating of ultra-small Gd2O3 nanoparticles for improved T1-weighted MR imaging // Biomaterials. 2014. V. 35. P. 1636–1642.
  3. Paul R., Paramanik T., Das K., Sen P., Satpati B., Das I. Magnetocaloric effect at cryogenic temperature in gadolinium oxide nanotubes // J. Magn. Magn. Mater. 2016. V. 417. P. 182–188.
  4. Zeleňáková A., Hrubovčák P., Kapusta O., Zeleňák V., Franco V. Large magnetocaloric effect in fine Gd2O3 nanoparticles embedded in porous silica matrix // Appl. Phys. Lett. 2016. V. 109. P. 122412-5.
  5. Zeleňáková A., Hrubovčák P., Berkutova A., Šofranko O., Kučerka N., Ivankov O., Kuklin A., Girman V., Zeleňák V. Gadolinium-oxide nanoparticles for cryogenic magnetocaloric applications // Sci. Rep. 2022. V. 12. P. 2282-11.
  6. Yang Z.W., Qin S., Zhang J., Lu D., Zhao H., Kang C., Cui H., Long Y., Zeng Y.-J. Gadolinium oxyorthogermanate Gd2GeO5: An efficient solid refrigerant material for magnetic cryocoolers // Mater. Today Phys. 2022. V. 27. P. 100810-7.
  7. Taskaev S., Khovaylo V., Karpenkov D., Radulov I., Ulyanov M., Bataev D., Dyakonov A., Gunderov D., Skokov K., Gutfleisch O. Plastically deformed Gd-X (X = Y, In, Zr, Ga, B) solid solutions for magnetocaloric regenerator of parallel plate geometry // J. Alloys Compd. 2018. V. 754. P. 207–214.
  8. Соколовский В.В., Мирошкина О.Н., Бучельников В.Д., Марченков В.В. Магнитокалорический эффект в металлах и сплавах // ФММ. 2022. Т. 123. № 4. С. 339–343.
  9. Doblas D., Moreno-Ramírez L.M., Franco V., Conde A., Svalov A.V., Kurlyandskaya G.V. Nanostructuring as a procedure to control the field dependence of the magnetocaloric effect // Mater. Des. 2017. V. 114. P. 214–219.
  10. Franco V., Conde A. Magnetic refrigerants with continuous phase transitions: Amorphous and nanostructured materials // Scr. Mater. 2012. V. 67. P. 594–599.
  11. Li L., Yan M. Recent progresses in exploring the rare earth based intermetallic compounds for cryogenic magnetic refrigeration // J. Alloys Compd. 2020. V. 823. P. 153810–15.
  12. Hazarika S., Morozkin A.V., Gururaj K., Nama R., Pradeep K.G., Nirmala R. Magnetic and magnetocaloric properties of rare-earth substituted Gd2O3 nanorods // AIP Advances. 2022. V. 12. P. 035208-6.
  13. Pfeiffer T.V., Feng J., Schmidt-Ott A. New developments in spark production of nanoparticles // Adv. Powder Technol. 2014. V. 25. P. 56–70.
  14. Kurlyandskaya G.V., Portnov D.S., Beketov I.V., Larrañaga A., Safronov A.P., Orue I., Medvedev A.I., Chlenova A.A., Sanchez-Ilarduya M.B., Martinez-Amesti A., Svalov A.V. Nanostructured materials for magnetic biosensing // Biochim. Biophys. Acta. 2017. V. 1861. P. 1494–1506.
  15. Beketov I.V., Safronov A.P., Medvedev A.I., Alonso J., Kurlyandskaya G.V., Bhagat S.M. Iron oxide nanoparticles fabricated by electric explosion of wire: focus on magnetic nanofluids // AIP Advances. 2012. V. 2. P. 022154-24.
  16. Hazarika S., Suchismita Behera P., Mohanta D., Nirmala R. Magnetocaloric effect of Gd2O3 nanorods with 5% Eu-substitution // Appl. Surf. Sci. 2019. V. 491. P. 779–783.
  17. Babić-Stojić B., Jokanović V., Milivojević D., Požek M., Jagličić Z., Makovec D., Arsikin K., Paunović V. Gd2O3 nanoparticles stabilized by hydrothermally modified dextrose for positive contrast magnetic resonance imaging // J. Magn. Magn. Mater. 2016. V. 403. P. 118–126.
  18. Miller A.E., Jelinek F.J., Gschneidner K.A., Gerstein B.C. Low-temperature magnetic behavior of several oxides of gadolinium // J. Chem. Phys. 1971. V. 55. P. 2647–2648.
  19. Svalov A.V., Vas’kovskiy V.O., Kurlyandskaya G.V. Influence of the size and structural factors on the magnetism of multilayer films based on 3d and 4f metals // Phys. Met. Metallogr. 2017. V. 118. P. 1263–1299.
  20. Trepka K., Tao Y. Magnetic characterization of rare-earth oxide nanoparticles // Appl. Phys. Lett. 2020. V. 117. P. 122410-5.
  21. Jia J.-H., Ke Y.-J., Zhang X.-X., Wang J.-F., Su L., Wu Y.-D., Xia Z.-C. Giant magnetocaloric effect in the antiferromagnet GdScO3 single crystal // J. Alloys Compd. 2019. V. 803. P. 992–997.
  22. Taskaev S., Skokov K., Karpenkov D., Khovaylo V., Ulyanov M., Bataev D., Dyakonov A., Fazlitdinova A., Gutfleisch O. The effect of plastic deformation on magnetic and magnetocaloric properties of Gd-B alloys // J. Magn. Magn. Matter. 2017. V. 442. P. 360–363.
  23. Каманцев А.П., Коледов В.В., Шавров В.Г., Бутвина Л.Н., Головчан А.В., Вальков В.И., Тодрис Б.М., Таскаев С.В. Магнитокалорический эффект и намагниченность гадолиния в квазистационарных и импульсных магнитных полях до 40 кЭ // ФММ. 2022. Т. 123. № 4. С. 448–452.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (98KB)
3.

Download (138KB)
4.

Download (65KB)
5.

Download (77KB)
6.

Download (62KB)


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».