ساخت و مطالعه ی خواص ساختاری و مغناطیسی نانوذرات اکسید آهن و بررسی کاربرد آن ها
Abstract
نانوذرات مغناطیسی مگنتایت از طریق فرآیند الکترواکسیداسیون ورقه ی آهن در محلول آبی الکترولیت محتوی یک پایدارساز آلی رشد داده شدند. ساخت نانوذرات هسته/پوسته با ساختار اکسید آهن/ماده ی آلی بررسی شد. در بخش عمده ای از این تحقیق اثرات جالب و متفاوت امواج فراصوت بر خواص ساختاری و مغناطیسی محصولات بررسی گردید. اثر رقیق سازی مغناطیسی نمونه ها با نانوذرات -al2o3 ? به نسبت های وزنی مختلف بررسی شد. مشخصه یابی ساختاری ذرات توسط دستگاه های xrd، ft-ir، sem/edx و hrtem صورت پذیرفت. به منظور مطالعه ی استوکیومتری و میزان تهی جاهای آهن (?) در ساختار نمونه ها، طیف های موسبائر آن ها بررسی شدند. مغناطش نمونه ها توسط مغناطیس سنج vsm در دمای اتاق بررسی شد. مغناطیس سنجی ذرات در دمای پایین و نمودارهای مغناطش بر حسب دما در محدوده ی دمایی 4 تا 300 کلوین و نیز منحنی های fc و zfc نمونه های سوپرپارامغناطیس توسط squid مطالعه گردیدند. الگوی xrd نمونه ها، ساختار اسپینل مکعبی fe3o4 با گروه فضایی را تأیید کرد. طیف سنجی ft-ir ارتعاشات ناشی از پیوندهای گروه های آلی متصل بر سطح ذرات را نشان داد. نتایج sem و hrtem نشان دادند که نانوذرات اکسید آهن با اندازه ی میانگین در محدوده ی 10 تا 90 نانومتر و با پراکندگی متفاوت، وابسته به شرایط آزمایشگاهی ساخته شدند. تصاویر hrtem نشان دهنده ی ماهیت بلوری نمونه ها و موید نتایج xrd می باشند. با مشاهده ی پوسته ی آمورف نشانده شده بر روی هسته ی بلوری اکسید آهن از روی تصاویر hrtem، تشکیل ساختار هسته/پوسته تأیید شد. طیف های موسبائر عمدتاً به دو زیرطیف شش تایی مطابق با مشارکت یون های fe3+ در جایگاه چهاروجهی a و حالت آمیخته ی fe2.5+ در جایگاه هشت وجهی b در ساختار مگنتایت برازش گردیدند. با کمک اطلاعات حاصل از برازش طیف ها، فرمول شیمیایی نمونه ها با لحاظ کردن مقدار نقص آهن در ساختار آن ها محاسبه گردید. نمونه های ساخته شده عمدتاً غیراستوکیومتری و دارای فرمول fe3-?o4 بوده و پارامتر ? در محدوده ی 18/0 ? ? ?0 متغیر می باشد. در طیف موسبائر نمونه های ساخته شده با مواد آلی دارای گروه های کربوکسیلیک شدت زیرطیف دوتایی، مطابق با مشارکت بسیار قوی سهم پارامغناطیسی ناشی از کمپلکس های آلی- فلزی محتوی fe3+ در نمونه ها به طرز قابل توجهی ملموس است. نتایج مغناطیس سنجی vsm نشان داد که نمونه ها در دمای اتاق از نظر مغناطیسی نرم و مغناطش آن ها از حدود am2kg-1 3 تا am2kg-1 90 متغیر است. دمای بلوکه شدن نمونه های سوپرپارامغناطیس با کمک منحنی هایfc و zfc آن ها تعیین گردید. نشانه هایی از گذار موسوم به وروی در دمای حدود 120 کلوین در نمودار مغناطش بر حسب دمای برخی از نمونه ها دیده شد. اعمال امواج فراصوت، اثرات غیرقابل پیش بینی را بر اندازه و ساختار ذرات برجا گذارده و ساختار ذرات را تا حد زیادی بهبود می بخشد. مغناطش مستقل از دما و عدم وجود پسماند محسوس در منحنی های مغناطش بر حسب میدان به پیکربندی مغناطیسی گردابی ذرات مرتبط است. بررسی رقیق سازی مغناطیسی ذرات نشان داد که مغناطش ذرات به نسبت افزایش جرم غیرمغناطیسی کاهش می یابد. با پخت نانوذرات مگنتایت در دماهای oc -200 و oc 650 فاز نمونه به ترتیب به مگمایت و هیمتایت گذار می یابد. حذف آنتیموان و سرب از آب آلوده با استفاده از نانوذرات مگنتایت و روش الکترواکسیداسیون پالسی مطالعه گردید و غلظت فلز آلاینده توسط دستگاه icp-ms تعیین شد.