Solution synthesis of monodispersed nanocrystalline FCC-, ϵ- and HCP-cobalt particles

Abstract

Se presenta la investigación sistemática realizada del “proceso polyol” aplicado a la producción de partículas metálicas de cobalto. En esta primera aproximación, se logró controlar la cinética de la reacción y el tamaño de las partículas metálicas a través de una selección apropiada de la química de la solución en el sistema glycol etileno (EG) - o Trimetileno glycol (TMEG) - Cobalt(II). Al añadir iones hidróxidos en la solución de Co en EG se recorta el tiempo de reacción. Esta reducción del tiempo de reacción permitió un control conveniente del tamaño sub-micrón de las partículas de Co, con una gran uniformidad. Un ajuste adicional del tamaño de las partículas fue obtenido con el uso de iones acetatos. Bajo esta última condición, fueron producidas partículas uniformes de Co de un diámetro de aproximadamente 220 nm. Las partículas de Co, fueron policristalinas con una estructura de fcc y hcp. La magnetización de saturación (Ms) y la fuerza coercitiva (He) a temperatura ambiente, fueron en el rango de 65 a 162 emu/g y 35 a 199 Oe, respectivamente. En la presencia de iones de Pt, se pudo sintetizar nanoparticulas de Co tan pequeñas como de 25 nm. Dependiendo de las condiciones de sintetización, a escala de manómetros, se estabilizó partículas de e-Co metaestables y/o de hcp-Co. La fase hcp, con alta fuerza coercitiva, fue producida sin necesidad de recocido. El Ms y He de las partículas de Co sintetizados en presencia de iones de Pt, variaron en el rango de 53 a 77 emu/g y 222 a 535 Oe, respectivamente.

The systematic research of the ‘polyol process’ applied to the production of metallic Cobalt particles is presented. In this approach, the control of the reaction kinetics and the metal particle size were achieved through a suitahle selection of the solution chemistry in the ethylene glycol (EG)- or Trimethylene glycol (TMEG)-Cobalt(II) system. The addition of hydroxyl ions into the Co solution in EG caused a dramatic shortening of the reaction time. This shortening in reaction time permitted a convenient control of the size of sub-micron Co particles with a highmonodispersity. A further tailoring of the particle size was achieved by using acetate ions. Under the latter condition, monodispersed Co particles of about 220-nm in diameter were produced. The Co particles were polycrystalline and their structure consisted of either fcc or fcc/hcp mixtures. The saturation magnetization (Ms) and coercivity (Hc) at room temperature ranged from 65 to 162 emu/g and 35 to 199 Oe, respectively. In presence of Pt ions, Cobalt nanoparticles as small as 25 nm were synthesized. Depending on synthesis conditions, metastable ϵ-Co and/or hcp-Co were stabilized at the nanosize level. The high coercivity-hcp phase was produced without need of any annealing. The Ms and Hc of the Co particles synthesized in presence of Pt ions, varied from 53 to 77 emu/g and 222 to 535 Oe, respectively.