بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله اثر افزودن عنصر لانتانیوم و جانشینی آن بر موقعیت اتمهای بیسموت درخواص ساختاری و مغناطیسی نانوذرات فریتبیسموت موردبررسی قرار می گیرد. نانوبلورکهای خالص و آلاییده شده با میزانهای 5، 10، 15، 20 و 25 درصد مولی لانتانیوم با فرمول عمومی - BLFO - - 1− - 3 به روش هیدروترمال تهیه شدند. تحلیل فازی، بررسی خواص ساختاری و مغناطیسی نمونههای تولیدشده با استفاده از پراشسنجی پرتو ایکس - XRD - ، میکروسکوپ الکترونی عبوری - TEM - و دستگاه مغناطیسسنج نمونه نوسانی - VSM - صورت می پذیرد. نتایج حاصل از XRD ، تشکیل فاز پروسکایت با گروه فضایی 3 را تأیید مینماید و مطالعات TEM بیانگر این است که مورفولوژی نانوذرات بهصورت میلهای است. نتایج VSM نشان می دهد که از %20 مولی لانتانیوم به %25 مولی تغییر در خاصیت مغناطیسی نمونه به صورت تغییر فاز از فرومغناطیس ضعیف به آنتیفرومغناطیس وجود دارد.
مقدمه
مگنتوالکتریک اشاره کرد 2]و.[3 شیوههای مختلفی برای بهبود فریتبیسموت به صورت توده تنها مولتیفروئیک شناخته خواص فروالکتریکی و مغناطیسی در فریت بیسموت به کار شده ا ست که در دمای اتاق دارای دوخا صیت فروالکتریک و گرف ته شده که از آن جم له میتوان به جانشین کردن فرومغناطیس است .[1] این ماده دارای ساختار پروسکایت کاتیونهای بیسموت و آهن با کاتیونهای دیگر اشاره نمود. اعوجاج یافته لوزی گون با گروه فضایی R3C است. از برای مثال میتوان به جایگزین کردن بیسموت، با عناصر کاربردهای فریتبیسموت میتوان به قطعات اسپینترونیک، کمیاب خاکی - نظیر لانتانیوم، نئودیوم و... - که به دلیل سه سنسورهای کرنشی موضعی، فوتوکاتالیزور و حافظههای ظرفیتی بودن و شعاع کاتیونی نزدیک به بیسموت پیشنهاد خوبی است، اشاره نمود .[4-7
افزودن لانتانیوم بر خواص ساختاری و مغناطیسی فریتبیسموت پرداختهشدهاست. در ادامه مقاله به معرفی روش ساخت و سپس اندازه گیری های انجام شده و تجزیه و تحلیل داده ها می پردازیم.
روش آزمایش
بهمنظور تولید نانوذرات فریتبیسموت با استفاده از روش هیدروترمال، ابتدا میزان 33 میلیلیتر محلول 6 مولار در یک بشر 50 میلیلیتری ریخته، سپس مقادیر موردنظر از نیترات آهن آبدار1 و نیترات بیسموت آبدار2 به آن افزوده شود. سوسپانسیون حاصله را به مدت 20 دقیقه تحت همزن مغناطیسی قرار گرفت سپس آن را در اتوکلاو ریخته - بهصورتی که 90 درصد اتوکلاو پر میشود - و به مدت 13 ساعت با دمای 220 درجهی سانتیگراد در آون گذاشته شد. در پایان جامد تهنشین شده با 500 میلیلیتر آب مقطر شستوشو شده و به مدت 30 دقیقه با دمای 80 درجهی سانتیگراد خشک شد. برای تولید فریتهای بیسموت آلاییده شده با عنصر لانتانیوم، مقادیر استوکیومتری از نیترات لانتانیوم آبدار 3 برای ترکیبات 0/25 - 1− 3، 0/2، 0/15، 0/1، 0/05، - x=0 به محلول واکنشدهنده اضافه میشود.
به منظور شناسایی ساختار و فاز فریت تهیه شده، آزمون پراشسنجی پرتو ایکس توسط دستگاه XRD مدل Xpert مارک PHILIPS در دمای محیط انجام گرفت. در این آزمون از یک منبع تشعشع - &X - . با طولموج =1/Å04546 استفاده شد. پس از بدست آمدن الگوی پراش پرتو ایکس، با استفاده از نرمافزار Xpert High Score نسخه 0/1d تشکیل فاز موردنظر تأیید شد.
مورفولوژی و اندازه ذرات توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری مدل
LEO912-AB ساخت کمپانی LEO موردبررسی قرار گرفتند. با استفاده از دستگاه VSM مدل VSM 7400 Lake shore ساخت کشور آمریکا خواص مغناطیسی نمونه اندازهگیری شد.
نتایج و بحث
شکل - 1 - الگوهای پراش پرتو ایکس نانومیلههای فریتبیسموت خالص و آلاییدهشده با درصدهای مولی متفاوت لانتانیوم را نشان میدهد. آنالیز الگوها نشان میدهد که نمونهها دارای ساختار رومبوهدرال پروسکایت با گروه فضایی R3C مطابق با کارت استاندارد - JCPDS:01-082-1254 - برای نمونه خالص و کارت استاندارد - JCPDS:01-086-1519 - برای نمونههای آلاییدهشده است. در تمامی نمونهها وجود فاز خالص BLFO تأیید شده است، هر چند مقدار کمی فازهای ثانویه مشاهده میشود. همچنین بهازای درصد مولی 25 برای لانتانیوم جابهجایی کوچک در محل پیکها مشاهده میکنیم که آن را میتوان به تغییر جهت نمونه به علت جانشینی لانتانیوم با بیسموت نسبت داد.
شکل - 1 - الگوهای پراش اشعهی ایکس نانوبلورهای فریتبیسموت خالص و آلاییده شده
در شکل - 2 - تصویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی عبوری
نانوذرات فریتبیسموت قابلمشاهده است. در تصاویر توزیع غیریکنواختی از اندازهی ذرات دیده میشود. TEM نمونه نشان از تشکیل نانومیلههای BLFO دارد. به نظر نویسندگان استفاده از روش هیدروترمال تأثیر بسزایی در تشکیل نانومیلهها دارد. این نانومیلهها قطری کمتر از 50 نانومتر و درازایی در محدوده میکرومتر و کمتر از آن دارند .[8]
شکل - 2 - تصاویر بهدستآمده از میکروسکوپ الکترونی عبوری فریتبیسموت آلاییده شده با %25 مولی لانتانیوم
شکل - 3 - حلقهی پسماند مغناطیسی نانوبلورهای فریتبیسموت را نشان میدهد که پارامترهای مغناطیسی بدستآمده از آن در جدول - 1 - آوردهشدهاست. VSM نمونهها تشکیل فاز فرومغناطیس ضغیف را برای نمونههای 0/2، 0/15،
0/1، 0/05، x=0 نشان میدهد اما با افزایش درصد مولی لانتانیوم به 0/25 یک تغییر فاز مغناطیسی از فرومغناطیس به آنتیفرومغناطیس را داریم. دلیل این مساله را میتوان به بزرگتر بودن شعاع اتمی لانتانیوم نسبت به بیسموت اشاره کرد
شکل - 4 - مقایسه حلقههای پسماند مغناطیسی نانوبلورهای فریتبیسموت خالص و آلاییده شده با %25 مولی لانتانیوم
جدول - 1 - اطلاعات حاصل از آزمون مشخصهیابی مغناطیسی نانوذرات فریتبیسموت خالص و آلاییده شده با درصدهای مولی متفاوت
نتیجه گیری
در این پژوهش نانوبلورهای فریتبیسموت خالص آلاییده شده با عنصر لانتانیوم، به روش هیدروترمال تهیه گردید. نتایج حاصل از مشخصهیابی ساختاری بر نانوذرات تولیدی نشان از تشکیل فاز خالص BLFO برای تمامی نمونهها دارد. نگارندهی میکروسکوپ الکترونی عبوری مشخص کرد که نوع سنتز در شکل نانوذرات تأثیرگذار است و در اینجا روش هیدروترمال باعث تولید نانومیلههای فریتبیسموت شده است. مشخصهیابی مغناطیسی نشان داد که از %20 مولی به %25 مولی لانتانیوم تغییر در خواص
شکل - 3 - حلقهی پسماند مغناطیسی نانوبلورهای فریتبیسموت خالص و آلاییده شده با درصدهای مولی متفاوت مغناطیسی مشاهده میشود به این صورت که فرومغناطیس ضعیف به آنتی فرومغناطیس تبدیل شده است.
