بخشی از مقاله
چکیده
در این کار پژوهشی، فریت نیکل-قلع-مس با فرمول شیمیایی NiFe2-2xSnxCuxO4 بهوسیله روش حالت جامد بهدست آمد. مخلوط اکسید آهن، اکسید نیکل، اکسید مس و اکسید قلع - همگی آزمایشگاهی و از شرکت مرک آلبمان - در دمای 1200 درجه سانتیگراد و به مدت 4 ساعت درون کوره الکتریکی کنترل اتمسفر با اتمسفر هوا پخت داده شد. تشکیل فاز اسپینلی فریت نیکل- قلع-مس با استفاده از بیناب سنجی موسبائر به دست آمد.
علاوه بر تائید تشکیل فاز مورد نظر، تاثیر عناصر قلع و مس بر ویژگیهای ساختاری فریت نیکل نیز بررسی شد. ویژگیهای مغناطیسی این ترکیب - دمای نایل - - TN و مغناطش اشباعی - - - Ms بهترتیب با استفاده از یک ترازوی فارادی - همراه با یک آهنربای دائمی با میدان - 0.02T و یک مغناطیس سنج گرادیان نیروی متناوب - در دمای اتاق - بررسی گردید. نتایج حاصل از این بررسیها نشان داد که: دمای نایل و مغناطش اشباعی در فریت نیکل-قلع-مس با افزایش مقدار قلع و مس کاهش پیدا میکند.
مقدمه
فریتها با ساختار اسپینلی نوع M - MFe2O4 یک کاتیون دوظرفیتی از عناصر واسطه جدول تناوبی همچون Ni، Cu، Zn، Co، Mn و... - از جمله سرامیکهای مغناطیسی با گستره کاربردی وسیعی در صنایع گوناگون همچون: ارتباطات مخابراتی، الکترونیک، خودرو، نفت، نظامی و... می باشند.[1] این دسته از مواد در یک ساختار بلوری fcc با کاتیونهای فلزی - Fe3+,M2+ - در جایگاه های بین نشین بلورینه میشوند. با تاکید بر اشغال جایگاهها در تراز اتمی، فرمول شیمیایی-بلوری فریتهای اسپینلی به صورت - M2+1- Fe3+ - [M2+ Fe3+2- ]O4 توصیف میشود که پرانتز، براکت و بهترتیب بیاندارنده جایگاههای چهاروجهی - A - ، هشت وجهی[B] و پارامتروارونی - کسرFe3+ در جایگاههای چهاروجهی - در شبکه اسپینلی است.[1-3]
فریت نیکل NiFe2O4 بهعنوان یک نیمه هادی نوع n عضو مهمی از خانواده فریتهای اسپینلی که با ویژگیهایی همچون فعالیت در بسامدهای زیاد، مقاومت زیاد و اتلاف جریانهای گردابی اندک کاربردهایی در مدارهای بسامد رادیویی، آنتنهای میلهای، هسته مبدلها، هِدهای خواندن/نوشتن را منجر شده است.[4] به منظور بهبود ویژگیهای فریت نیکل تاکنون ترکیبات بسیاری از این ماده با جانشینی - Fe3+,Ni2+ - بهوسیله کاتیونهای گوناگونی - همچون Zn2+، Cu2+، Al3+، Cr3+، Sn4+، - Ti4+ تهیه شده و مورد بررسی قرار گرفته است.[4] بنابراین و با توجه به اینکه تاکنون تاثیر همزمان کاتیونهای Cu2+وSn4+ بر ویژگیهای ساختاری و مغناطیسی فریت نیکل بررسی نشده است به تهیه و بررسی ویژگیهای ساختاری و مغناطیسی فریت نیکل-قلع-مس با فرمول شیمیایی-NiFe2 2xSnxCuxO4 پرداخته شد.
02نتایج و بحث
بیناب موسبائر نمونههای NiFe2-2xSnxCuxO4 با x=0,0.1,0.2,0.3 در شکل 1 نشان داده شده اند. بیناب فریت نیکل-قلع- مس - - NiFe2-2xSnxCuxO4 مستقلا از x ، دارای دو ششتایی با جابجایی های ایزومری مشابه با مقادیر مربوط به جابجایی ایزومری زیرشبکههای - - Aو[B] ساختار فریت های اسپینلی است. این یافته موید تشکیل فاز فریت نیکل-قلع-مس میباشد. همانگونه که در شکل 1 مشاهده میشود با افزایش x در ترکیب NiFe2-2xSnxCuxO4 شدت نسبی زیربیناب مربوط به زیرشبکه [B] - بیناب کمرنگتر در شکل - 1 کاهش مییابد. این امر اینگونه تفسیر می شود که جانشینی یونهایFe3+ بهوسیله کاتیونهای Cu2+وSn4+ در زیرشبکه [B] انجام میشود. بنابراین و با توجه به فرمول شیمیایی-بلوری فریتهای اسپینلی، فرمول شیمیایی- بلوری فریت نیکل-قلع-مس بهصورت - Fe - [NiFe1-2xSnxCuxO4] به دست آمد.
زیرشبکه [B] و پررنگ، زیرشبکه - - A -
مطابق دادههای بهدست آمده از بیناب موسبائر در جدول 1، میدانهای فوقریز مربوط به یونهای آهن در زیرشبکههای - - A و[B] ترکیب NiFe2-2xSnxCuxO4 با افزایش x کاهش مییابد. تفسیر این پدیده با توجه به این نکته که جانشینی یونهایFe3+ - با گشتاور مغناطیسی - 5ʽB به وسیله یونهای مغناطیسی Cu2+ - با گشتاور مغناطیسی - 1ʽB و یونهای دیامغناطیسیSn4+ انجام می شود، صورت میگیرد.
تغییرات مغناطش نمونههای NiFe2-2xSnxCuxO4 با دما در حضور یک میدان مغناطیسی 0,02 تسلا در شکل 2 آمده است. همانگونه که انتظار میرود با افزایش دما مغناطش نمونهها کاهش یافته و در دمای ویژهای - دمای نایل، - T N مقدار مغناطش به صفر میانجامد. مقادیر TN نمونهها با افزایش x در ترکیب NiFe2-2xSnxCuxO4 کاهش مییابد. با توجه به اینکه دمای نایل فریتهای
اسپینلی به تعداد پیوندهای ابرتبادلی بر واحد فرمولی و همچنین توزیع یون هایFe3+ در جایگاه های - A - و[B] بستگی دارد.
بنابراین، کاهش مشاهده شدهTN در ترکیبNiFe2-2xSnxCuxO4 با افزایش x بهعلت ضعیف شدن برهمکنش اَبَرتبادلی زیرشبکه های - - Aو[B] در نتیجه جانشینی یون های[B] Fe3+بهوسیله یونهایSn4+ غیر مغناطیسی و یونهایCu2+ مغناطیسی - با گشتاور مغناطیسی کمتر از - Fe3+ تفسیر میشود. در چنین موردی، انرژی داخلی لازم برای حذف جهتگیری منظم اسپینها کاهش مییابد و بنابراین دمای نایل کاهش مییابد.
شکل-2 تغییرات مغناطش برحسب دمای ترکیب NiFe2-2xSnxCuxO4 در میدان مغناطیسی 0,02 تسلا، x=0 - a - ، x=0.1 - b - ، x=0.2 - c - ، x=0.3 - d - چرخههای پسماند مغناطیسی دمای اتاق ترکیب NiFe2-2xSnxCuxO4 در شکل 3 آمده است. مقادیر اندازهگیری شده مغناطش اشباعیMs برای همه نمونهها - در جدول 1 آمده - نشاندهنده کاهش M s با افزایش x میباشد. استفاده از فرمول شیمیایی- بلوری - Fe - [NiFe1-2xSnxCuxO4] بهدست آمده از بینابسنجی موسبائر، برای تفسیر رفتار مغناطش اشباعی کاربردی است.
