بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق خواص الکترومغناطیسی منگنایت La0.8Sr0.2MnO3 ، با اندازه ذرات حدود 300 نانومتر که به روش سل - ژل ساخته شدهاند، بررسی شده است. خواص مایکروویو کامپوزیت این ماده مغناطیسی و پارافین در گسترهی بسامدی 2- 17 GHz و با اندازهگیری گذردهی الکتریکی - - و نفوذپذیری مغناطیسی - - مختلط نسبی و محاسبه اتلاف انعکاسی - R.L - بررسی شده است. امپدانس ذاتی لایه کامپوزیت در ضخامتهای مختلف، نواحی فرکانسی که در آن لایه بهترین تطبیق امپدانس را با محیط اطراف دارد، مشخص مینماید. بیشترین تلفات انعکاسی در ضخامت 3/24 mm و به مقدار بیش از - 40 dB در 6/3 GHz رخ میدهد. همچنین بیشترین پهنای جذب موثر در ضخامت 3/7 mm و در گسترهای به میزان 2/2 GHz محاسبه شد. نتایج نشان میدهند که جذب امواج الکترومغناطیسی در ماده LSMO در گستره مایکروویو ناشی از سازوکارهای جذب مغناطیسی و دیالکتریکی است.
مقدمه
منگنایتهای پروسکایتی به دلیل دارا بودن خواص فیزیکی قابل توجه، به طور گسترده مورد مطالعه و بررسی قرار گرفتهاند .[2 ,1]منگنایت - LSMO - La0.8Sr0.2MnO3 با دمای کوری بالاتر از دمایاتاق و رسانش الکتریکی بالا، به عنوان یک جاذب مناسب برای اتلاف امواج الکترومغناطیسی در طیف مایکروویو مطرح است. خواص مایکروویو این ترکیبات نیز به دلیل جذب بالا به ویژه درطیف مایکروویو مورد توجه واقع شده است .[5-3] علاوه برسازوکارهای جذب مغناطیسی، خواص دیالکتریک این ترکیب نیز نقش عمدهای در اتلاف امواج دارد. با کاهش اندازه ذرات میتوانPACS No. 75.20ثابت دیالکتریک و به دنبال آن اتلاف مربوط به آثار دیالکتریک را افزایش داده و همچنین شرایط لازم برای تطبیق امپدانس را فراهم میآورد.
در این تحقیق منگنایت LSMO به روش سل- ژل تهیه شدهاست. خواص مایکروویو کامپوزیت این ماده همراه با پارافین درگسترهی بسامدی 2-17 GHz با اندازهگیری گذردهی الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی مختلط و همچنین محاسبه پارامترهای مایکروویو بررسی شده است. بیشترین تلفات انعکاسی در ضخامت 3/24 mm و به مقدار بیش -40 dB در 6/3 GHz وبیشترین پهنای جذب موثر در ضخامت 3/7 mm و به میزان GHz2/2 میباشد. نتایج بدست آمده نشان میدهند که در این ترکیب سازوکارهای مغناطیسی و الکتریکی در اتلاف امواج مایکروویو نقش
دارند.
آزمایش
برای ساخت نانو پودر منگنایت LSMO از روش سل- ژل و از مواداولیه نیتراتهای لانتانیم، استرانسیم و منگنز با درصد خلوص بالااستفاده شده است .[6] ابتدا عملیات پخت نمونه در دمای 500 °C و سپس بازپخت آن در دمای 1200 °C و به مدت چهار ساعت انجام شده است. تشکیل فاز بلوری، تعیین خلوص نمونه و خواصساختاری آن با استفاده از طرح پراش پرتو X مورد بررسی قرار گرفته است. از تصاویر FESEM برای تعیین همگنی و اندازه ذراتکه حدود 300 نانومتر است، استفاده شده است. اندازهگیری مغناطش بر حسب میدان توسط مغناطیسسنج نمونه مرتعش نشان میدهد که نمونه در فاز فرومغناطیسی است - نتایج مربوط به اندازهگیریهای ساختاری و مغناطیسی نمونه و تصاویر FESEM در این مقاله آورده نشده است - . برای بررسی خواص مایکروویو از دستگاه تحلیلگرشبکه برداری و به روش خطوط انتقال هم محور استفاده شده است.
برای اندازهگیری گذردهی الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی مختلط، نانوذرات LSMO با پارافین با نسبت وزنی 80 به 20 درصد به طورتقریباً همگن مخلوط شدهاند.الکتریکی در آنهاست. فرآیندهای قطبشی مهم در ناحیه فرکانسیمایکروویو به دو دسته قطبشهای فصل مشترکی و دوقطبی تقسیم میشوند. ثابت دیالکتریک مشاهده شده میتواند ناشی از فرآیندقطبش میان ذرات LSMO با یکدیگر باشد که زمان واهلش مربوط به این فرآیند در مطالعه حاضر در گستره فرکانسی 2-17 GHz قرارندارد. به همین علت است که طیف مشاهده شده تقریباً ثابت و بدونآثار واهلشی است .[7] از شکل - b - 1 مشاهده میشود که با افزایش بسامد، هر دو قسمت حقیقی و موهومی نفوذپذیری مغناطیسیکاهش مییابند که این امر ناشی از حد اسنوک است .[8] همچنیناین موضوع ممکن است به علت وجود تشدید فرومغناطیس در ذرات LSMO باشد که در بسامدهای پائینتر از 2 GHz رخ میدهدو بیشینه آن در محدودهی مورد بررسی قابل مشاهده نیست.
نتایج و بحث
برای بررسی اتلاف امواج الکترومغناطیسی، گذردهی الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی مختلط نمونه اندازهگیری شده است. قسمت حقیقی گذردهی الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی، متناظر با ذخیره انرژی موج در ماده است و قسمت موهومی آن متناظر با جذب و اتلاف انرژی است. در شکل 1 منحنیهای نفوذپذیری مغناطیسی وگذردهی الکتریکی نمونه بر حسب بسامد رسم شده است. از شکل - a - 1 دیده میشود قسمت حقیقی و موهومی گذردهی الکتریکی،رفتار ثابتی را در تمامی گستره بسامدی دنبال میکند. بهطور کلی وجود ثابت دیالکتریک در مواد ناشی از سازوکارهای قطبش از تانژانت تلفات مغناطیسی tan M و تانژانت تلفات الکتریکیtan E برای بررسی میزان اتلاف انرژی و تعیین نوع سازوکار جذب مغناطیسی و یا الکتریکی استفاده میشود.
در شکل 2تانژانت تلفات الکتریکی و مغناطیسی بر حسب بسامد نشان داده شده است. از این شکل دیده می شود که سهم تلفات الکتریکی درتمامی گستره فرکانسی مقداری تقریباً ثابت است. در حالی که سهمتلفات مغناطیسی در بسامدهای پایینتر بیشتر است و با افزایش بسامد کاهش مییابد. بنابراین جذب انرژی امواج الکترومغناطیسیذرات مغناطیسی منگنایت LSMO توسط هردو سازوکار مغناطیسیو الکتریکی صورت میپذیردعمق نفوذ یا عمق پوسته در فرکانسهای مشخص به عنوان عمقی از ماده تعریف میشود که در آن میدانهای الکترومغناطیسی و در نتیجه انرژی موج به شکل قابل ملاحظهای کم میشود .[3] ضریب اتلاف، a و عمق نفوذ، Ds، طبق رابطههای زیر محاسبه میشوند.
در معادلههای فوق، =2 f بسامد زاویهای، =1/ رسانش الکتریکی، ʽ0 ضریب تراوایی مغتاطیسی در خلا و ʽ ضریب تراوایی مغناطیسی نسبی است. در شکل 3 منحنیهای ضریب اتلاف و عمق نفوذ نمونه کامپوزیتی منگنایت LSMO مشاهده میشود. از شکل 3 - محور سمت چپ - دیده میشود که ضریب میرایی در فرکانسهایپایینتر دارای مقدار بیشتری نسبت به فرکانسهای بالاتر میباشد و در محدودهی 4-6 GHz بیشینه است. از سویی همانگونه که درمحور راست شکل 3 نشان داده شده، با افزایش فرکانس عمق پوسته کم میشود.در مواد مغناطیسی میتوان امپدانس ذاتی ماده را توسط ثابتهای دیالکتریک و مغناطیسی و همچنین تغییر ضخامت تنظیم کرد.
امکان ورود موج الکترومغناطیسی به ماده زمانی بیشتر است که تطبیق امپدانس بین دو محیط - در اینجا منگنایت LSMO با خلأ - وجود داشته باشد. تلفات انعکاسی را میتوان با استفاده از گذردهی الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی مختلط حساب نمود. طبق نظریه خطوط انتقال، امپدانس ورودی و تلفات انعکاسی با رابطههای زیر محاسبه می شوند :[9 ,3]در این روابط، Z0 امپدانس خلأ، f بسامد موج، c سرعت نور و d ضخامت لایه جاذب است. در شکل 4 امپدانس نمونه و تلفات انعکاسی بر حسب بسامد و در ضخامتهای مختلف، بین 3 تا 4 میلیمتر، که طبق رابطه 3 و 4 محاسبه شدهاند، نشان داده شده است.
