بخشی از مقاله
چکیده
روش احتراقی براي تولید نانوذرات فریت اسپینول کبالت با استفاده از نیترات آهن، نیترات کبالت وگلایسین - بعنوان سوخت - استفاده شده است.تحلیلهاي پراش اشعه ایکس - XRD - و طیف فوریه انتقالی مادون قرمز - - FT-IR تشکیل ساختار فریت را تأئید کرد. معلوم شد اندازه متوسط ذرات که با پراش اشعه ایکس تعیین شده به نسبت گلایسین به نیترات وابسته است. ریختشناسی و خواص مغناطیسی محصولات به وسیله میکروسکوپ روبشی و مغناطوسنجی نیروي گرادیان متناوب - AGFM - تحقیق شد. نتایج ما نشان می دهد که این روش یک انتخاب آیندهدار براي تولید نانو پودرهاي فریت کبالت با کیفیت بالا فراهم میسازد.
مقدمه
نانو ذرات فریت کبالت به دلیل ناهمسانگردي مگنتوکریستالی[1]، میدان مغناطیس زدا بالا[2]، مغناطش اشباع متوسط[3]، سختی مکانیکی بالا، پایداري شیمیایی بالا، ، مقاومت در برابر سائیدگی و عایق سازي الکتریکی،[4 3] و به دلیل کاربرد آن در حوزه هاي گسترده و متفاوت تحقیقاتی از قبیل فروسیالات[5]، اپتیک مغناطیسی [6]کاربرد،اسپینترونیک [7]، پزشکی [8] و آند براي باطري ها از اهمیت ویژهاي برخورداراست. به دلیل اهمیت تکنولوژیکی فریت کبالت پژوهشگران تحقیقات بسیار و روشهاي ساخت متنوعی را بر روي این ماده
انجام دادهاند. روشهایی از قبیل هم رسوبی [9]، گرمابی 10]،[پیرولیز [11]، سل- ژل [12] و احتراقی [13] براي ساخت استفاده شده است. روش احتراقی روشی سریع و کم هزینه براي ساخت ذرات همگن است.
روش آزمایش
نیترات آهن 9 آبه - Fe - NO3 - 3.9H2O - و نیترات کبالت 6 آبه - Co - NO3 - 2.6H2O - که از شرکت مرك خریداري شده استبه نسبت 2 به 1 وگلایسین - - C2H5NO2 به نسبت مناسب در آب مقطر حل شد. محلول را روي همزن مغناطیسی قرار میدهیم. پس از تبخیر آب اضافی، احتراق خود به خودي رخ میدهد و درعرض چند ثانیه ماده سیاه رنگ، شکننده ومتخلخلی به وجود میآید که همان فریت کبالت است.نمونه ها را در دماي 200 درجه سانتیگراد به مدت نیم ساعت پخت میکنیم. ما در این مقاله سه نمونه با نسبت مولی گلایسین بهموردنیترات 0/2، 0/4 و 1/5 را مقایسه قرار دادهایم. از نمونه ها طیف پراش اشعه ایکس با دستگاه Philips Analytical با تابش CuK و - = 1.5418A ˚ - طیف فوریه انتقالی مادون قرمز - NEXUS 870 - FTIR گرفته و تحلیل شد. براي اندازهگیري مغناطش نمونهها در دماي اتاق ازیک دستگاه AGFM - تا حداکثر میدان - 8kOe استفاده شد.
نتایج و بحث
گلایسین به عنوان سوخت براي واکنش احتراقی بکاررودمی که بوسیله یونهاي نیترات اکسیده میشود. واکنشهاي گرماگیر براي تجزیه مواد اولیه را میتوان به صورت زیر نوشت:چگونگی رسیدن به دماي احتراق نقش بسزایی در اندازه ذرات دارد. یکی از راههاي کنترل دماي واکنش و در نتیجه کنترل اندازه نسبت مولی گلایسین به 220311 400 511440نیترات ذرات تنظیم نسبت گلایسین به نیترات است. با توجه به واکنش 3نسبت دقیق گلایسین به نیترات 0/44 است.شکل 1 الگوي پراش اشعه ایکس نمونههاي تهیه شده در دماي اتاق را نشان می دهد. دیده می شود، فاز اصلی تشکیل شده درنمونه ها، فاز فریت کبالت است و پهن شدگی خطوط نشان از ریزبودن دانههاست.
با استفاده از معادله شرر[17] - 4 - می توان اندازه متوسط بلوركها را تخمین زد. که در آن طول موجتابشی 1/54056 آنگستروم و پهناي نیمه پیک برحسب رادیان وزاویه پراش است. اندازه متوسط بلورکها، فاصله صفحات - 311 - و ثابت شبکه بلور در جدول یک آمده است. علت اینکه اندازه بلوركها در حد نانو میباشد مربوط به دوویژگی سیستم واکنش است. اول اینکه واکنشدهندهها، قبل ازواکنش بصورت یکنواخت در مقادیر اتمی یا مولکولی پراکنده شدهاند، پس هنگامی که احتراق رخ میدهد،تنهاروند هستهزاییمیتواند از طریق تغییر آرایش و پخش کوتاهبرد تکمیل گردد.دوم
اینکه سرعت واکنش احتراقی چنان بالا است که زمان و انرژي کافی براي پخش بلندرد اتمها و در نتیجه رشد بلوركها فراهم نیست پس حالت نانویی اولیه باقی می ماند.
در استفاده از نسبت-هاي مولی گلایسین به نیترات 0/2 و 0/4، شعله قابل رویت می-تصویرباشد ولی با افزایش این مقدار به 1/5، شعلهاي مشاهده نشد. درحقیقت با افزایش مقدار گلایسین و ثابت بودن میزان نیترات ها،اکسید کننده کافی براي اکسید کردن گلایسین وجود ندارد و وجودکربن باقیمانده در محصولات دال بر این قضیه است که اکسیژن موجود در هوا به میزان قابل ملاحظه اي در فرآیند احتراق شرکت نکرده است و سوخت واکنش عمدتا توسط نیتراتها اکسید می-شود.ثابت شبکه به مقدار کمی به نسبت گلایسین به نیترات بستگی دارد. میتوان ثابت شبکه را به توزیع کاتیونهنگامیکههانسبت داد.
یونهاي کبالت از زیر شبکه B به A میروند ثابت شبکه افزایشپیدا میکند. زیرا یون Fe3+ - 0/485A0 - در زیر شبکه A و یون-هاي Co2+ - 0/530A0 - و Fe3+ - 0/645A0 - در زیر شبکهB قرار
دارند..شکل 2 طیفهاي FTIR را نشان میدهد. باند جذبی حدودcm-1575 است که مربوط به مد ارتعاشی کششی آهن با اکسیژن وکبالت با اکسیژن است. پیکی که در 1600 cm-1 و 3400 وجوددارد مربوط به آب باقیمانده در ماده است. پیک 1600 cm-1مربوط به مد خمشی آب و پیک 3400 cm-1 مربوط به مدارتعاشی کششی آب است.شکل SEM3 فریت کبالت با نسبت مولی گلایسین به نیترات 1/5 رانشان میدهد. گازهاي فرار حین واکنش موجب تخلخل بالاي سطوح این ذرات است.
شکل 3 تصویر SEM فریت کبالت با نسبت مولی گلایسین به نیترات 1/5در نسبت مولی گلایسین به نیترات 0/2، نسبت Mr/MS =0/25بدست آمده که با تئوري که براي ذرات ابرمغناطیس محاسبه شدهاست، سازگار است. در نسبتهاي مولی گلایسین به نیتراتو 0/4 1/5 نسبت Mr/MS=0/5 بدست آمده که با تئوري که براي تک حوزههاي تک محور با چینش رندم محاسبه شده است، سازگار است.
