نام پژوهشگر: حامد بحیرائی

تهیه ی نانوساختارهای فریتی نرم و بررسی ویژگی های ساختاری، الکتریکی و مغناطیسی آنها
پایان نامه وزارت علوم، تحقیقات و فناوری - دانشگاه شهید چمران اهواز - دانشکده علوم 1393
  حامد بحیرائی   مرتضی زرگر‏‎‎‏ شوشتری

در پژوهش پیش¬رو، روش سل – ژل احتراقی برای تهیّه¬ی نانوپودرهای مغناطیسی فریت mgcuzn مورد استفاده قرار گرفته شده است. برای تعیین چگونگی فرآیند واکنش از آنالیز tg و dta استفاده شده است. پودرهای تولید شده با ترکیبات و آلایش-های مختلف، به¬صورت حلقه¬هایی فشرده شدند و در دمای زیر c° 950 تف¬جوشی شدند. تأثیر دما و مدّت زمان تف¬جوشی، نقش یون¬های mg2+، cu2+، zn2+ و هم¬چنین تأثیر آلایش یون¬های al3+ و sm3+، بر ویژگی¬های نانوپودرها و سرامیک¬های فریتی تهیّه شده مورد مطالعه قرار گرفت. برای بررسی ویژگی¬های ساختاری و میکروساختاری نمونه¬های تولید شده از دستگاه¬های xrd، ft-ir، bet، tem و sem استفاده شد. برای بررسی ویژگی¬های مغناطواستاتیکی و مغناطودینامیکی سرامیک¬های تف¬جوشی شده، دستگاه¬های vsm، lcr meter و impedance analyzer مورداستفاده گرفتند. در ابتدا، برای تهیّه¬ی نانوپودرهای فریتی از روش سل ـ ژل احتراقی با سوخت¬های متفاوت گلایسین، اوره و سیتریک اسید استفاده شد. نتایج نشان داد که در واکنش احتراقی استفاده از سیتریک اسید به¬عنوان سوخت، مناسب¬تر از اوره و گلایسین است. الگوی پراش پودرهای به¬دست آمده نشان داد تنها نمونه¬ی تهیّه شده با سیتریک اسید دارای فاز بلوری خالص است. از طرف دیگر نمونه¬ی مذکور نسبت به سایر نمونه¬ها دارای چگالی بیشتری بود. در ادامه، با استفاده از سوخت سیتریک اسید، نانوپودرهای ترکیب (mg0.8?xcu0.2znx+0.02)fe1.98o3.99 (60/0<x<40/0) تهیّه و در دمای c° 900 تف¬جوشی شدند. نتایج نشان دادند که پودر¬های تولید شده دارای ساختار بلوری اسپینلی هستند و هیچ¬گونه ناخالصی در آن-ها دیده نمی¬شود. هم¬چنین مساحت سطح موثر پودرها با استفاده از آنالیز bet در حدود m2/g 10 به¬دست آمد. تصاویر tem و sem نشان دادند که ساختار پودرها متخلخل و متوسط اندازه¬ی ذرّات آن¬ها در حدود nm 50 است. بررسی ویژگی¬های مغناطیسی سرامیک¬ها نشان داد که نمونه¬ی با 50/0= x از نظر مقدار نفوذپذیری مغناطیسی، پایداری فرکانسی و پایداری دمایی عملکرد بهتری نسبت به سایر نمونه¬ها دارد. تغییر شرایط تف¬جوشی نمونه¬ی بهینه مشخّص کرد که با افزایش دمای تف¬جوشی از °c 850 تا °c 950 و هم¬چنین مدّت زمان تف¬جوشی از 1 تا 8 ساعت، افزایش قابل ملاحظه¬ای در چگالی، مغناطش اشباع و نفوذپذیری مغناطیسی نمونه¬ها داشته است. هم¬چنین اندازه¬ی دانه¬ها مقدار زیادی تغییر کرده و از µm 3/0 به µm 21/1 رسیده است. برای بررسی تأثیر مس، ترکیب mg0.5-xcuxzn0.52fe1.98o3.99 (30/0<x< 1/0) تهیّه و بررسی شد. نتایج نشان دادند که با افزایش مس در ترکیب، اندازه¬ی دانه¬ها و چگالی نمونه¬ها بهبود می¬یابد. افزایش مقدار مس تغییر چندانی در مغناطش اشباع نمونه¬ها نداشته است؛ در-حالی¬که نفوذپذیری و دمای کوری نمونه¬ها به¬طور قابل ملاحظه¬ای افزایش یافته است. هم¬چنین حضور مس در ترکیب، رسانندگی ac نمونه¬ها را تحت تأثیر خود قرار داده و سبب افزایش آن شده است. جانشینی یون¬های سه ظرفیتی آلومینیوم به¬جای اتم¬های آهن در ترکیب mg0.3cu0.2zn0.52fe1.98-x alxo3.99 (060/0<x<00/0) سبب افزایش چگالی نمونه¬ها و اندازه¬ی دانه¬ها شد. آنالیز ft-ir نشان داد که یون¬های al3+ تمایل شدیدی به قرارگرفتن در جایگاه¬های هشت-وجهی ساختار فریتی دارند. نتایج vsm نشان دادند که نمونه¬ی 015/0=x بیشترین مقدار مغناطش اشباع را دارد و با افزایش x مغناطش اشباع به¬طور پیوسته کاهش می¬یابد. توزیع کاتیونی ترکیب و زاویه¬های یافِت ـ کیتل با استفاده از نتایج vsm و ft-ir محاسبه شدند. نتایج نشان دادند که بیشترین مقدار زاویه-ی یافِت ـ کیتل مربوط به نمونه¬ی 015/0= x است. هم¬چنین مشخّص شد که نفوذپذیری مغناطیسی با افزایش مقدار آلومینیوم افزایش یافته است؛ در¬حالی¬که دمای کوری با کاهش مواجه بوده است. افزودن sm3+ به ترکیب mg0.3cu0.2zn0.52fe1.98-x smxo3.99 سبب کاهش چگالی نمونه¬ها شد. الگوی پراش پرتو x نشان داد که در نمونه¬های با 015/0x>، قلّه¬ی ناخالصی مربوط به فاز اورتوفریت ساماریوم (smfe3o) ظاهر شده است. نتایج چگالی به¬همراه تصاویر sem نشان داد که وجود فاز اورتوفریت در ترکیب، سبب تأخیر در فرآیند چگالش شده است. هم¬چنین ساماریوم، نقش مخربی در ترکیب بازی نموده و سبب کاهش شدید نفوذپذیری مغناطیسی و دمای کوری نمونه¬ها شده است.