بخشی از مقاله
چکیده
در پژوهش حاضر نانوذرات اکسیدنیکل به روش تخلیه قوس الکتریکی با استفاده از دو الکترود از جنس نیکل در محیط اکسیژن، با جریان 10 آمپر و فشارهای 1، 2 و 3 اتمسفر ساخته شدهاند. نانوذرات اکسیدنیکل بهوسیله پراشاشعهایکس - XRD - ، میکروسکوپالکترونیروبشیاثرمیدانی - FESEM - و مغناطوسنج ارتعاشی - VSM - مشخصهیابی شدند. نتایج نشان دادند که نانوذرات تولید شده خالص، با متوسط اندازه ذرات بین 40 تا 55 نانومتر هستند. منحنی پسماند مغناطیسی نمونهها نشان داد که نانوذرات تولید شده از نوع فرومغناطیس نرم می باشند و با کاهش اندازه نانوذرات، نیروی وادارندگی مغناطیسی - HC - کاهش و مواد از خود خاصیت سوپرپارامغناطیسی نشان میدهند.
مقدمه
ذرات مغناطیسی بهخاطر رفتار خاص و پتانسیل کاربردی بالا خصوصاً درصنعت در سال های اخیر توجه بسیار زیادی را بهخود
جلب کردهاند. تعدادی از این رفتارهای خاص عبارتند از: مقاومت مغناطیسی بالا، گشتاور مغناطیسی بزرگ، خاصیت باقیماندگی، خاصیت وادارندگی و تونلزنی کوانتومی. این خواص در زمینه آهنرباهای دائمی، وسایل ذخیرهسازی دادههای اطلاعاتی، حسگرهای مغناطیسی، سیستمهای یخچالی، کاتالیزورها، رساندن دارو به هدف مشخص، مقاومت مغناطیسی و محاسبات کوانتومی کاربرد دارند .[1] اکسیدنیکل، یک نیمرسانای نوع p و پودری سبزرنگ بوده که میتواند به عنوان دریافتکننده الکترون عمل کند .[2] در میان نانوذرات اکسید فلزی، اکسیدنیکل خواص مغناطیسی، کاتالیستی، الکتریکی و اپتیکی منحصر به فردی دارد 3]و.[4 ذرات مغناطیسی اکسیدنیکل از جمله مواد مغناطیسی هستند که علاوه بر
ویژگیهای ذکر شده، بهطور گسترده در کاتالیزورها، الکترودهای سلولهای سوختی و حسگرهای گازی نیز به کار میروند. تحقیقات نشان میدهد که این خواص با کاهش اندازه ذرات بسیار کارآمدتر میشوند. علاوه بر این ذرات اکسیدنیکل در ابعاد نانو، خواص فیزیکی و شیمیایی غیرمعمولی نسبت به حالت کپهای از خود نشان میدهند. بههمین دلیل در سالهای اخیر علاقه به تولید و بررسی خواص نانوذرات اکسیدنیکل به شکل قابل توجهی افزایش یافته است. روشهای مختلفی برای ساخت نانوذرات اکسیدنیکل مانند روش حالت جامد [6]، مایسل معکوس [7]، هم رسوبی [8] و سلژل [9] وجود دارد. در این بین، روش تخلیه قوس الکتریکی مزیتهایی از قبیل خلوص بالا، توزیع اندازه یکنواخت و امکان کنترل اندازه ذرات تولید شده را بهخوبی دارد همچنین کم هزینه بودن روش و تولید محصول بهمیزان مناسب در مقایسه با روشهای دیگر، مزایای این روش را بارزتر میکند
روش کار
نانوذرات اکسیدنیکل با استفاده از یک دستگاه تخلیه قوس الکتریکی تولید شدند.در شکل 1 طرحوارهای از این دستگاه نشان داده شده است. بدین منظور از دو قطعه میله از جنس نیکل با قطر 6/5mm و طول 8 cm و با خلوص 99/9 درصد به عنوان الکترودهای آند و کاتد استفاده شد؛ بعد از نصب الکترودها، رآکتور به وسیله پمپ خلأ از هوا تخلیه شده، سپس با گاز اکسیژن پر گردید. این مرحله سه بار تکرار میشود تا درون محفظه راکتور
فقط گاز اکسیژن موجود باشد. سپس به منظور تولید نانوذرات اکسیدنیکل، گاز اکسیژن با فشارهای 1، 2 و 3 اتمسفر، به درون رآکتور تزریق گردید. به دلیل مصرفشدن آند حین ایجاد قوس الکتریکی، بهوسیله یک سیستم کنترل فاصله الکترودها، الکترود آند را به الکترود کاتد نزدیک کرده تا قوسالکتریکی تشکیل شود. هنگام تشکیل پلاسما، نیکل تبخیر شده در اثر واکنشهای اکسایش و کاهش با اکسیژن درون رآکتور ترکیب و نانوذرات اکسیدنیکل تهیه میشوند.
نتایج و بحث
برای بررسی الگوی پراش نمونههای به دست آمده از فرایند قوس،
از دستگاه XRD مدل 1840-PW ساخت شرکت PHILIPS، در دمای اتاق و با تابش K مس با طولموج =1/5418Å استفاده گردید.
جهت آنالیز الگوی بدست آمده از نرمافزار X'Pert HighScore
استفاده گردید. الگوهای بدست آمده به طور کامل با کارت استاندراد JCPDS 00-001-1239 مطابقت داشتند، این موضوع نشان میدهد که با روش تخلیه قوس الکتریکی، نانوذرات اکسیدنیکل با خلوص بالا و به طور تکفاز تولید شدهاند.
با توجه به اینکه ساختار کریستالی نانوذرات بدست آمده مکعبی
است، لذا فاصله بین صفحات براگ - d - ، ثابت شبکه - a - ، اندازه حجم سلول واحد - V - ، و میانگین اندازه بلورکها - L - بهترتیب با استفاده از رابطههای 1، 2، 3 و 4 برای نمونه S1 محاسبه شدند. شاخصهای میلر، Kمقدار ثابت - 0/89 - ، طولموج پرتوایکس،پهنای قله در نصف ارتفاع بیشینه و زاویه پراش است. برای محاسبهچگالی نمونهS1 با استفاده از داده های اشعه ایکس داریم: 5که M= 74/6928 جرم مولکولی نمونه و Na عدد آووگادرو است. نتیجه این محاسبات در جدول 1 آورده شده است شکل 3 تصویر FESEM نانوذرات تولید شده را نشان میدهد. این تصویر به وسیله نرم افزار DIGIMIZER مورد بررسی قرار گرفت و با اندازهگیری دویست ذره از هر کدام از نمونهها، متوسط اندازه نانوذرات - Dp - بدست آمد. نتایج بدست آمده در جدول 2آورده شده است.
منحنیهای پسماند نمونههای ساختهشده با استفاده از مغناطوسنج-
ارتعاشی - VSM - و تا میدان 12000Oe و در دمای اتاق اندازهگیری شد. با استفاده از این منحنیها پارامترهای مغناطیسی از قبیل مغناطشاشباع - MS - ، وادارندگیمغناطیسی - HC - ، و پسماند مغناطیسی - Mr - نمونهها مورد بررسی قرار گرفت.
