تأثیر کبالت روی خواص ساختاری و مغناطیسی نانوذرات گارنت   Dy3Fe5O12سنتز شده به روش سل ژل  

فهرست مطالب

عنوان                                                                                    صفحه

فصل اول: مقدمه و مفاهیم اولیه

مقدمه……………………………………… 2

1-1مغناطیس…………………………………. 4

1-1-1میدان مغناطیسی- مغناطش………………… 4

1-1-2القای مغناطیسی- پذیرفتاری مغناطیسی……… 4

1-1-3 انواع مواد مغناطیسی………………….. 5

1-1-3-1دیامغناطیس………………………… 5

1-1-3-2پارامغناطیس……………………….. 7

1-1-3-3 ابر پارامغناطیس…………………… 8

1-1-3-4 فرومغناطیس……………………….. 9

1-1-3-5 آنتی فرومغناطیس………………….. 11

1-1-3-6 فری مغناطیس……………………… 12

1-2 برهم­کنش­های مغناطیسی…………………….. 13

1-2-1 برهم­کنش دوقطبی مغناطیسی………………. 13

1-2-2 برهم­کنش تبادلی………………………. 14

1-3 انرژی ناهمسانگردی………………………. 15

1-3-1 انواع ناهمسانگردی……………………. 15

1-4  فریت…………………………………. 16

1-4-1 فریت اسپینلی………………………… 17

1-4-2 فریت هگزاگونال………………………. 18

1-4-3 گارنت………………………………. 18

1-4-3-1ساختار بلوری گارنت………………… 19

1-4-3-2 گارنت­های مغناطیسی………………… 21

1-4-3-3 گارنت­های خاکی کمیاب………………. 22

1-4-3-3-1 ساختار بلوری گارنت­های خاکی کمیاب… 23

1-4-3-3-2 ساختار مغناطیسی گارنت­های خاکی کمیاب 23

1-4-3-3-3 دمای جبران……………………. 24

1-4-3-3-4 مغناطش گارنت­های خاکی کمیاب……… 26

1-4-3-4 گارنت دیسپروسیوم آهن……………… 27

1-4-3-4-1 ساختار بلوری گارنت دیسپروسیوم آهن.. 27

 

فصل دوم: پیشینه تحقیق

2-1 پیشینه تحقیق و بررسی پژوهش­های قبلی……….. 29

2-1-1 سنتز نانوذرات DySrIG به روش خوداحتراقی…. 29

2-1-2مطالعه اثر افزودن NiO برساختار گارنت فریت Dy_3-xNi_xFe₅O₁₂  33

2-1-3توزیع یونی و ویژگی­های مغناطیسی نانوذرات Dy₃Fe₅O₁₂   38

2-1-4 بررسی خواص گارنت دیسپروسیوم­آهن و ساماریوم­آهن سنتزشده به­روش سیترات-ژل………………………………… 41

2-1-5 سنتز و ویژگی­های مغناطیسی نانوذرات  Y_3-xDy_xFe₅O₁₂ 44

 

فصل سوم: روش تجربی

3-1 وسایل و تجهیزات بکار رفته جهت انجام آزمایش… 50

3-2 مشخصه­یابی­های انجام شده بر روی نمونه­های ساخته شده 50

3-3 فرآیند سل ژل…………………………… 50

3-3-1 عوامل مؤثر بر فرآیند سل ژل……………. 52

3-4 مواد اولیه جهت سنتز فریت گارنت Dy_3-xCo_xFe₅O₁₂… 53

3-5 مراحل سنتز گارنت Dy_3-xCo_xFe₅O₁₂…………….. 53

 

فصل چهارم: مشخصه­یابی و تحلیل نتایج

4-1 بررسی اثر دما روی ویژگی­های ساختاری و مغناطیسی Dy₃Fe₅O₁₂    58

4-1-1 آنالیز فازی نمونه Dy₃Fe₅O₁₂……………. 58

4-1-2 اندازه گیری خواص مغناطیسی نمونه­ها……… 62

4-2 اثر جانشانی کبالت به جای دیسپروسیوم بر ویژگی­های فیزیکی Dy_3-xCo_xFe₅O₁₂ …………………………………. 66

4-2-1 آنالیز فازی نمونه­های ساخته شده(x=0.2,0.4,0.6)Dy_3-xCo_xFe₅O₁₂   66

4-2-2 نتایج VSM برای نمونه­های ساخته شده به ازای مقادیر مختلف کبالت…………………………………………. 69

4-3 بررسی تصاویر SEM………………………. 73

4-4 نتیجه­گیری……………………………… 76

4-5 پیشنهادات برای کارهای آینده……………… 77

مراجع…………………………………….. 78

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست شکل­ها

عنوان                                                                                                صفحه

 شکل1-1: پیکربندی دوقطبی­های اتمی در ماده دیامغناطیس بعد از اعمال میدان مغناطیسی……………………………… 6

شکل 1-2: منحنی M برحسب H در ماده دیامغناطیس و χ  بر حسب T    6

شکل 1-3:پیکربندی دوقطبی­های اتمی در ماده پارامغناطیس قبل و بعد از اعمال میدان مغناطیسی………………………… 7

 شکل 1-4: منحنی M بر حسب H و  χ  بر حسب T  در ماده پارامغناطیس   8

شکل 1-5: حلقه پسماند مواد ابر پارامغناطیس……… 9

شکل 1-6: پیکربندی موازی دوقطبی­های اتمی در ماده فرومغناطیس در غیاب میدان مغناطیسی…………………………….. 10

شکل 1-7: منحنی χ^-1 بر حسب  Tدر مواد فرومغناطیس…. 10

شکل1-8 : جهت­گیری اسپین­ها در آنتی فرومغناطیس…… 12

شکل 1-9 : منحنی χ برحسب T در مواد آنتی فرومغناطیس 12

شکل 1-10 : جهت­گیری اسپین­ها در فری مغناطیس…….. 13

شکل 1-11: ساختار فریت اسپینلی……………….. 17

شکل 1-12 : موقعیت کاتیون­ها در جایگاه های a، c و d در گارنت    20

شکل 1-13 :کاتیون­ها در یک صفحه از شبکه گارنت…… 20

شکل 1-14: سلول واحد گارنت فری مغناطیس با ساختار مکعبی و یک هشتم آن…………………………………………. 22

شکل 1-15: جبران مغناطیسی……………………. 24

شکل 1-16: مقادیر تجربی مغناطش ذاتی گارنت­ها به صورت تابعی از دما   24

شکل 1-17: مغناطش زیرشبکه­های GdIG در واحد فرمولی به صورت تابعی از دما…………………………………………. 25

شکل2-1:الگوی XRDنمونه­های DySrIG سنتز شده در دماهای مختلف] 22[   30

شکل 2-2: تصویر TEM گرفته شده از نمونه DySrIG در دمای C˚ 1100]22[   31

شکل 2-3: وابستگی مغناطش به دما در میدان­های مغناطیسی مختلف]22[ 32

شکل 2-4:الگوی پراش اشعه ایکس برای گارنت فریت] Dy_3-xNi_xFe₅O₁₂ 34] 34

شکل 2-5: تغییرات پارامتر شبکه بر حسب مقادیر نیکل]34[ 34

شکل 2-6: رابطه بین میانگین اندازه بلورک ها و مقادیر نیکل  ]34[ 35

شکل 2-7:رابطه بین شعاع مولکولی جایگاه­های چهار- هشت و دوازده­وجهی با مقادیر نیکل]34[…………………………….. 36

شکل 2-8: رابطه بین  μ_i و t_m بر حسب مقادیر Ni در دمای اتاق]34[    37

شکل2-9: الگوی XRD در زمان­های مختلف]40[……….. 38

شکل 2-10: اولین حلقه پسماند برای نمونه­های آسیاب شده در زمان­های مختلف در دماهای K100و K2/4 ]40[……………………. 39

شکل2-11: تغییرات M_Sat و M_Spont بر حسب اندازه ذرات]40[ 40

شکل2-12: تصویر SEM گرفته شده از  Dy₃Fe₅O₁₂ ]40[ …. 40

شکل 2-13: الگوی XRD نمونه­های ساماریوم در دماهای 400-700-800 درجه سانتیگراد در اتمسفر G:garnet ,O: orthoferrite – N₂:O₂ =50:50  ]41]    42

شکل2-14 : اولین ربع منحنی پسماند در دماهای کلسینه مختلف و منحنی M  برحسب T برای نمونه  های دیسپروسیوم ]41[……….. 43

شکل2-15: تصویر گرفته شده از نمونه دیسپروسیوم]41[.. 44

شکل 2-16: الگوی XRD به ازای مقادیر مختلفDy کلسینه شده در دمای K 1073]47[ …………………………………… 45

شکل2-17: الگوی XRD برای نمونه­های Y₂DyFe₅O₁₂ کلسینه در دماهای مختلف]47[…………………………………………. 46

شکل2-18: وابستگی اندازه بلورک­ها به دما به ازای مقادیر مختلف Dy ]47 [ …………………………………………. 46

شکل 2-19: رابطه M_s با مقادیر مختلف Dy در دماهای مختلف ]47[    47

 شکل 3-1: محلول سل و تغییر رنگ آن با اضافه کردن آمونیاک  54

شکل 3-2: ژل تر و کاهش حجمی آن نسبت به محلول سل… 55

شکل 3-3: مراحل ساخت Dy_3-xCo_xFe₅O₁₂……………… 56

شکل 4-1: الگوی XRD نمونه Dy₃Fe₅O₁₂ کلسینه شده در دماهای مختلف 59

شکل4-2: اندازه بلورک­ها (D) طبق قله پراش صفحه (420) در دماهای کلسینه مختلف- میانگین       اندازه بلورک­ها (t) در دماهای مختلف    61

شکل 4-3 : ثابت شبکه (a) طبق قله پراش صفحه (420) به ازای دماهای کلسینه مختلف…………………………………….. 61

شکل 4-4: منحنی پسماند مغناطیسی نمونه­ها در دماهای800 و 1100 درجه سانتیگراد…………………………………. 63

شکل 4-5 : منحنی M بر حسب 1/H برای دمای کلسینه 800 درجه سانتیگراد  64

شکل 4-6 : منحنی M بر حسب 1/H برای دمای کلسینه 1100 درجه سانتیگراد 64

شکل 4-7: ضخامت t مربوط به لایه مرده برای یک ذره کروی به قطر D 65

شکل 4-8: الگوی XRD نمونه های Dy_3-xCo_xFe₅O₁₂ ((X=0, 0.2, 0.4, 0.6 67

شکل 4-9: تغییرات اندازه بلورک­ها برحسب مقادیر کبالت 68

شکل 4-10: تغییرات ثابت شبکه برحسب مقادیر کبالت… 68

شکل 4-11: منحنی پسماند مغناطیسی نمونه­ها به ازای مقادیر مختلف کبالت…………………………………………. 69

شکل 4-12: تغییرات M_s به ازای مقادیر مختلف کبالت.. 70

شکل 4-13: ساختار گارنت­های آهن فری مغناطیس]23[….. 71

شکل 4-14: تغییرات  χ_i به ازای مقادیر مختلف کبالت… 72

شکل 4-15 : تغییرات  H_cبه ازای مقادیر مختلف کبالت.. 72

شکل 4- 16: تغییرات K به ازای مقادیر مختلف کبالت.. 73

شکل4- 17: تصویر SEM برای نمونه .Dy₃Fe₅O₁₂………. 74

شکل 4-18: تصاویر SEM با افزودن کبالت برای نمونه­های (ب) و(پ)  75

شکل 4-19: تصویر SEM گرفته شده از یک دانه و افزایش تخلخل­های روی دانه با افزودن کبالت……………………………. 75

 

 

                                           فهرست جدول­ها

عنوان                                                                                                صفحه

جدول 1-1:داده­های مربوط به چند گارنت ساده] 24[…… 26

جدول 3-1: مواد اولیه موردنیاز جهت انجام آزمایش… 53

جدول 3-2: مقادیر مواد اولیه موردنیاز جهت سنتز فریت گارنت Dy_3-xCo_xFe₅O₁₂…………………………………………. 53

جدول 4-1: نتایج بدست آمده از آنالیز الگوی  XRDدر دماهای کلسینه مختلف…………………………………………. 60

جدول 4-2: نتایج مغناطیسی نمونه­های کلسینه شده در دماهای 800 و 1100 درجه سانتیگراد…………………………….. 63

جدول4-3 : اندازه بلورک­ها – ثابت شبکه- میانگین اندازه بلورک­ها و چگالی پرتو ایکس به ازای مقادیر مختلف کبالت…………. 67

جدول 4-4: نتایج بدست آمده از VSM به ازای مقادیر مختلف کبالت 70

جدول 4-5: نتایج بدست آمده از SEM بری نمونه­ها به ازای مقادیر مختلف کبالت…………………………………….. 74