بخشی از مقاله
چکیده
نانوسیمهای آلیاژیFe84P16 در قالب اکسید آندی آلومینیوم با روش الکتروانباشت تحت جریان متناوب ساخته شدند. اثر بسامد، ولتاژ انباشت و تابکاری بر روی خواص مغناطیسی نانوسیمها مطالعه شد. نتایج مربوط به بسامد نشان میدهد که بیشترین مقدار میدان وادارندگی - 1149 اورستد - برای نمونه انباشت شده با بسامد200هرتز بهدست آمد. با تغییر ولتاژ انباشت تغییر محسوسی روی میدان وادارندگی مشاهده نشد. اما با انجام عملیات تابکاری میدان وادارندگی نانوسیمها در ولتاژ30 از مقدار 837 اورستد در دمای اتاق به1440 اورستد در دمای 600 درجه سانتیگراد رسید. خواص مغناطیسی نمونهها توسط مغناطوسنج نیروی گرادیان متناوب - AGFM - و همچنین ساختار بلوری نمونهها توسط دستگاه طیفسنج پراش اشعه - - XRD بررسی شد.
مقدمه
قالب به دلیل توانایی بالای آن در ایجاد آرایهای از نانوسیمها، در طی دو دهه گذشته ساخت و کاربرد نانوسیمها مورد توجه سهولت و کم هزینه بودن ساخت آنها نسبت به دیگر روشها بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته و در این مدت روشهای توجه بیشتری به خود جلب کرده است. .قالبهای آلومینای آندی ساخت مختلفی مطرح شده است که از بین همهی روشها، روش با آندایز ورقههای آلومینیوم خالص تولید میشوند. در نتیجه این فرآیند، لایهی اکسیدی با آرایش منظم ششضلعی از حفرههای موازی و تقریبا" استوانهای بهدست میآید .[1] ساخت نانوسیمهای مغناطیسی تکعنصری و آلیاژی در قالب آلومینا به منطور افزایش قدرت ذخیره اطلاعات مورد توجه قرار گرفته است.[2] در مقایسه با مواد توده ای و فیلمهای نازک، نانوسیمها با نسبت مشخصه بالا علاوه بر مزیت نسبت سطح به حجم بالا، برای مطالعه دینامیک اسپین الکترونی یک بعدی و دینامیک دیواره حوزههای مغناطیسی مناسب هستند.[3] در پژوهشی که توسط کوهبر و همکارانش انجام شد، مشخص شد که فرکانس انباشت اثر قابل توجهی روی خواص مغناطیسی نانوسیم کبالت-روی دارد.[4] الماسی و رمضانی گزارش کردند که ساختار و خواص مغناطیسی نانوسیمهای FexNi1-x به بسامد انباشت بستگی دارد.[5] در این تحقیق بسامد و ولتاژ انباشت بر خواص مغناطیسی نانوسیم آهن- فسفر بررسی شده است.
روش ساخت
ورقه آلومینیوم با ضخامت چند دهم میلیمتر و با درجه خلوص %99/99 با استون و آب دو بار تقطیر شسته شد تا چربی و دیگر آلودگیها از سطح نمونه برطرف شود. آنگاه نمونه برای آزادسازی تنشهای حاصل از بریدن قطعه، درون کوره و در مجاورت گاز آرگون به مدت یک ساعت تا دمای حدود 450 درجه سانتیگراد تابکاری شد و سپس لایه اکسید تشکیل شده روی سطح آلومینیوم، درون محلول سود سه مولار به مدت 5 دقیقه برطرف گردید. پس از آن نمونه توسط محلولی شامل اتانول و اسید پرکلریک که به نسبت حجمی چهار به یک مخلوط شده بودند با ولتاژ ثابت 20 ولت الکتروپولیش گردید. پس از آندایز مرحله اول و دوم[6]، نانوسیمها با روش الکتروانباشت جریان متناوب موج سینوسی با بسامد 200 هرتز و ولتاژ30 ولت در زمان انباشت 4 دقیقه توسط محلولی ازسولفات آهن، سدیمفسفینات، اسید بوریک و اسید آسکوربیک با pH=3 انباشت شدند. برای بررسی اثر بسامد روی خواص مغناطیسی، نانوسیمها با روش الکتروانباشت جریان متناوب در گستره بسامد 50 تا 1000 هرتز انباشت شدند. سپس برای مطالعه اثر ولتاژ روی خواص نانوسیمها، نمونهها در ولتاژهای 17/5، 20، 25، 30، 40 ولت،pH=3 و بسامد 200 هرتز انباشت شدند. سپس نانوسیمهای تهیه شده در دماهای 300، 400، 500، 550، 600 درجه سانتیگراد تابکاری شدند. خواص مغناطیسی نمونهها توسط مغناطوسنجی نیروی گرادیان متناوب - AGFM - و همچنین ساختار بلوری نمونهها توسط دستگاه طیفسنج پراش اشعه - - XRD اندازهگیری شد.
نتیجه و بررسی
نانوسیمهای تهیه شده در بسامدهای متفاوت توسط دستگاه AGFM آنالیز شد. منحنی پسماند آنها در شکل 1 نشان داده شده است:
شکل.1 حلقههای پسماند نانوسیمهای ساخته شده در بسامدهای متفاوت
شکل 2 تغییرات میدان وادارندگی و نسبت مربعی نمونهها را بر حسب بسامد نشان میدهد. همانطور که مشاهده میشود در دمای اتاق، تا بسامد 400 هرتز، میدان وادارندگی به آرامی افزایش پیدا میکند و از بسامد 400 تا 600 هرتز سریعا" افزایش مییابد و سپس تغییرات میدان وادارندگی به تدریج ثابت میشود. پس بهطور کلی میتوان نتیجه گرفت که با افزایش بسامد میدان وادارندگی افزایش پیدا میکند. علت را میتوان اینگونه توضیح داد که احتمالا" با افزایش بسامد مدت زمان در هر دوره کاهش مییابد و تعداد دورههای انباشت در طول زمان افزایش مییابد[7]،
به عبارت دیگر زمان تناوب در فرآیند الکتروانباشت کوتاهتر میشود. در نتیجه در یک نیم سیکل ماده ناخالصی کمتری انباشت میشود و حتی شاید یونهای ناخالصی فرصت احیا شدن نداشته باشند و در بسامدهای بالا رفتار یونهای آهن غالبتر است.
شکل .2تغییرات میدان وادارندگی و نسبت مربعی نانوسیمها برحسب بسامد
شکل 3 .تغییرات میدان وادارندگی نانوسیمها برحسب بسامد در دماهای مختلف
سپس نمونهها در دماهای مختلف تابکاری شدند. شکل 3 نتایج بعد از عملیات تابکاری را نشان میدهد که بیشترین مقدار میدان وادارندگی مربوط به بسامد 200 هرتز و دمای تابکاری 550 درجه میباشد.
برای بررسی اثر تابکاری روی ساختار بلوری نانوسیمها، نمونه انباشت شده با بسامد 200 هرتز قبل و بعد از عملیات تابکاری توسط آنالیز طیفسنجی پراش اشعه ایکس مطالعه شد. - شکل - 4
شکل.4 مقایسه الگوی پراش اشعه ایکس نانوسیمهابا بسامد 200 هرتز قبل و بعد از عملیات تابکاری در هر دو مورد قلههای مربوط به آهن مشاهده میشود. با عملیات تابکاری شدت قلههای مربوط به نانوسیمها افزایش پیدا میکند که نشان میدهد ساختار نانوسیمها بلوریتر شده و در نتیجه صفحات بلوری رشد کردهاند که این باعث افزایش ناهمسانگردی بلوری و در نتیجه افزایش میدان وادارندگی میشود که این با نتایج Hc اندازهگیری شده در توافق است.
برای بررسی اثر ولتاژ، نانوسیمهایی در گستره ولتاژ انباشت 17/5 تا 40 ولت تهیه شدند. به کمک حلقههای پسماند میدان وادارندگی نانوسیمها اندازهگیری شد و مشاهده شد که در دمای اتاق با افزایش ولتاژ انباشت میدان وادارندگی نانوسیمها تغییر چندانی نمیکند. به منظور بهبود خواص مغناطیسی، عملیات تابکاری در دماهای 300، 400، 500، 550، 600 انجام شد. در شکل5 مشاهده میشود که با افزایش دمای تابکاری، میدان وادارندگی افزایش مییابد. چون انباشت در الکتروانباشت متناوب در نیم دور کاتدی صورت میگیرد بنابراین انباشت به صورت پیوسته و یکنواخت نخواهد بود و در فرایند ساخت، تنشهایی بر نانوسیمها اعمال میشود این تنشها تا حدودی با تابکاری حرارتی از بین میرود و باعث افزایش میدان وادارندگی نانوسیمها
