Hexaferrite de baryum synthèse, caractérisations et substitutions

Élaboration et caractérisation de l’hexaferrite de baryum BaFe12O19

L’objectif de cette étude est principalement la synthèse de l’hexaferrite de baryum BaFe12O19 par voie hydrothermale ainsi que la détermination des meilleurs conditions de formation d’une poudre d’hexaferrite pure, bien cristallisée et homogène I. 1. Synthèse hydrothermale de l’hexaferrite de baryum La synthèse des poudres des ferrites est réalisée par voie hydrothermale à partir de solutions contenant des sels de Ba2+ et de Fe3+ (sel ferrique). Le principe de cette méthode consiste à dissoudre les réactifs dans un certain volume d’eau en présence de soude, avec la stœchiométrie souhaitée. La solution ainsi préparée est agitée sous la hotte pendant 20 minutes (solution rouge brique), puis versée dans l’autoclave et placée dans un four pendant un temps et une température fixés à l’avance. Le rapport molaire Fe/Ba choisi est égal à 12 [1]. Les caractéristiques des réactifs de départ sont rassemblées dans le tableau III. 1. Tableau III. 1. Caractéristiques des réactifs utilisés pour la synthèse du ferrite Produits Formule Masse molaire (g.mol-1 ) Pureté (%) Couleur Solubilité (g/100 mL d’eau à 20 °C) Nitrate de fer III nonahydraté Fe(NO3)3. 9H2O 403,84 99 Gris 13,8 Nitrate de baryum Ba(NO3)2 261,32 99 Blanc 2,60 Hydroxyde de sodium NaOH 39,99 99 Blanc 1,09 Chapitre 3 : Hexaferrite de baryum : synthèse, caractérisations et substitutions Thèse de doctorat– Tayssir Ben Ghzaiel FST-ENS Cachan 84 Après refroidissement, le produit synthétisé est récupéré et lavé à l’éthanol afin d’éliminer les nitrates puis à l’acide chlorhydrique HCl (0,1 M) afin d’éliminer les intermédiaires réactionnels comme certains oxydes de fer (BaFe2O4) [2]. La poudre ainsi obtenue est séchée à l’étuve à 80 °C pendant 24 h. La figure III. 1 schématise les différentes étapes de la synthèse des poudres de l’hexaferrite de baryum. Figure III. 1. Organigramme de la synthèse du BaFe12O19 I. 

Caractérisations structurales et morphologiques 

Caractérisation par diffraction des rayons X

Effet du rapport [OH-]/[NO3 -] Les diffractogrammes obtenus pour la série d’échantillons BaFe12O19 préparée à une température de 220°C pendant 48 h en faisant varier à chaque fois le rapport [OH- ]/[NO3 – ] de: 1:1 (pH = 8), 1:2 (pH =11) et 1:5 (pH = 14), sont présentés sur la figure III. 2. Dans ces diagrammes, la présence de plusieurs raies bien définies est observée, ce qui prouve que les échantillons sont bien cristallisés (déterminé à partir de la hauteur à mi-hauteur) pour tous les rapports utilisés. Fe(NO)3.9H2O Ba(NO3)2 NaOH Agitation pendant 20 mn Solution (rouge brique) Synthèse hydrothermale (t en heure, T en °C) Lavage, filtration Séchage à l’étuve à 80°C Poudre de BaFe12O19 Chapitre 3 : Hexaferrite de baryum : synthèse, caractérisations et substitutions Thèse de doctorat– Tayssir Ben Ghzaiel FST-ENS Cachan 85 Figure III. 2. Diffractogrammes RX des échantillons synthétisés à 220 °C pendant 48 h et à différents rapport [OH- ]/[NO3 – ] L’identification des phases présentes dans ces échantillons se fait en comparant les diffractogrammes obtenus aux fichiers ICDD. Les résultats de cette étude montrent que les rais de diffraction de Bragg pour le rapport [OH- ]/[NO3 – ] = 1:1 sont caractéristiques de la phase hématite (α-Fe2O3), ou l’oxyde ferrique, suivant le fichier standard ICDD n°33 – 0664 (Annexe B) de structure rhomboédrique de groupe d’espace R-3c. Les principaux pics observés de cette phase sont (012), (104), (110), (113), (024), (116), (214) et (300). Pour le rapport [OH- ]/[NO3 – ] = 1:2, nous percevons l’existence des principaux pics de la structure hexagonale de l’hexaferrite de baryum selon la fiche ICDD n°74 – 1121 (Annexe A) avec un groupe d’espace P63/mmc. Les pics caractéristiques de cette structure relatifs aux plans (101), (102), (110), (008), (107), (114), (203), (205), (206), (217), (2011), et (220), sont présentés dans le tableau III. 2.