بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق نانوذرات اکسید روي آلاییده با کبالت با درصدهاي مولی مختلف، بهروش سل-ژل ساخته شدند. ذرات بدست آمده بهوسیله دستگاههاي X-ray ، VSM و SEM مورد مطالعه قرار گرفتند. با بررسی الگوهاي X-ray و مقایسه با کارت استاندارد و الگوي پراش نمونه خالص مشخص شد که نمونهها داراي ساختار هگزاگونال اکسید روي خالص هستند و هیچگونه فاز ثانویه مربوط به ترکیبات دیگر ناشی از کبالت در نمونهها مشاهده نمیشود.
از طرفی قله برخی از نمونههاي آلاییده با کبالت به سمت زوایاي بزرگتر میل کرده است که این نتایج بیانگر جایگزینی اتمهاي Zn توسط Co میباشد. تصاویر SEM نشان میدهد که نمونههاي آلاییده با کبالت نسبت به نمونههاي خالص داراي اندازه ذرات کمتري هستند. نتایج VSM و تشکیل حلقه پسماند بیانگر خاصیت فرومغناطیسی نمونهها میباشد. نتایج این مطالعات با نتایج مطالعات قبلی گزارش شده مربوط به اکسید روي آلاییده با نیکل مقایسه و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند.
مقدمه
نانوذرات اکسید روي بدلیل ویژگیهاي فیزیکی منحصر به فرد و کاربردي در عرصههاي مختلف علمی و صنعتی توجه بسیاري از محققین را بهخود جلب نموده است. درصورت آلایش این نانوذرات با عناصر فلزات واسطه، ویژگیهاي آنها تغییر میکنند [1]، که یکی از مهمترین آنها ویژگیهاي مغناطیسی است. این نانوذرات آلایش یافته بسته به نوع ماده آلاینده و تاثیري که بر روي اندازه نانوذرات و نواقص آنها میگذارد میتوانند خواص مغناطیسی متنوعی را ایجاد نمایند.
[2] عموما نانوذرات اکسید روي آلاییده با فلزات واسطه، رفتار فرومغناطیس را از خود نشان میدهند .[3] در این تحقیق اثر آلایش فلز کبالت بر نانوذرات اکسیدروي و مقایسه آن با نتایج تحقیقات قبلی مورد بررسی قرار گرفته است. از آنجا که تغییرات در حجم سلول واحد و انرژي گاف نواري در این نمونهها مشابه است مشخص میشود که تغییرات مشاهده شده در ساختار و خاصیت مغناطیسی نمونهها، متناسب و وابسته به فلز واسطه آلایش یافته است .[4]
کارهاي تجربی
نانوذرات اکسید روي با شرایط بهینه بهروش سل-ژل [5] تهیه شدند. بدین ترتیب که براي تهیه محلول 0/04 مولار مقدار مناسبی استات کبالت 4 آبه، با استات روي دو آبه مخلوط و در 50 میلیلیتر آب حل شد. در یک بشر دیگر بهطور جداگانه کربنات سدیم در 50 میلیلیتر آب یونزدایی حل گردید، سپس محلول کربنات سدیم به محلول حاوي استات روي و استات کبالت اضافه شد و محلول سریع تهنشین شد. بعد از 10 دقیقه محلول کدر سبز رنگ با غلظت بسیار زیادي حاصل شد سپس طی مراحل خشک-سازي نانوذرات اکسید روي حاصل گردیدند. در مجموع پنج نمونه از نانوذرات اکسید روي شامل یک نمونه بدون آلایش و چهار نمونه با آلایشهاي متفاوت 2، 4، 6 و 8 درصد مولی کبالت تهیه گردیدند.
نتایج و بحث
شکل 1 نتایج حاصل از الگوهاي پراش پرتو X تمام نمونه-هاي اکسید روي خالص و آلائیده با کبالت با درصد آلایش متفاوت را نشان میدهد. با بررسی این الگوها و مقایسه با کارت استاندارد و الگوي پراش نمونه خالص مشخص میشود که نمونه-ها داراي ساختار هگزاگونال اکسید روي خالص هستند و هیچگونه فاز ثانویه مربوط به ترکیبات دیگر ناشی از کبالت در نمونهها مشاهده نمیشود. از طرفی همانگونه که مشاهده میشود قله برخی از نمونههاي آلاییده با کبالت به سمت زوایاي بزرگتر میل کرده است که این نتایج بیانگر جایگزینی اتمهاي Zn توسط Co می-باشد .[6] همانگونه که انتظار میرفت باید این جانشینی منجر به کاهش d در رابطه براگ و در نتیجه انتقال بهسمت زوایاي بزرگتر شود .[7] ثابتهاي شبکه و حجم سلول که با استفاده از اطلاعات حاصل از این الگوها محاسبه گردیدهاند، در جدول 1 آمده است.
کلیه نمونههاي ساخته شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مورد بررسی و آنالیز قرار گرفتند. شکل 2 تصاویر SEM نمونه خالص و یک نمونه نوعی آلایش یافته را نشان میدهد. همانگونه که ملاحظه میشود آلایش با کبالت باعث کاهش اندازه نانوذرات میشود ولی تغییر خاصی در نظم و دانهبندي ذرات ایجاد نمیکند. شکل 3 منحنی مغناطش بر حسب میدان مغناطیسی مربوط به نانوذرات اکسید روي آلاییده با درصدهاي مولی مختلف از کبالت را نشان میدهد.
تمام نمونهها داراي حلقه پسماند هستند و در نتیجه خاصیت فرومغناطیسی دارند. با افزایش درصد کبالت مغناطش اشباع نمونهها افزایش مییابد. علت افزایش خواص مغناطیسی با افزایش کبالت، افزایش گشتاورهاي مغناطیسی جایگزیده در شبکه بلوري میزبان است. در واقع در یک نیمرساناي مغناطیسی رقیق، با تزریق یون مغناطیسی تا یک میزان معین، بر اثر برهمکنش تبادلی گشتاورهاي یون مغناطیسی بهصورت موضعی مغناطیده میشود و همین مقدار کم ناخالصی مغناطیسی موجب ایجاد خاصیت فرومغناطیسی در نمونه میشود .[8]
[7] شکل 4 مقادیر بدست آمده Hc براي نمونههاي اکسید روي آلاییده با درصدهاي مختلف کبالت را نشان میدهد. روند تغییرات Hc کاهشی، بهصورت نسبتا خطی با شیب کم است. بررسی مقادیر Mm مغناطش بیشینه - مغناطش به ازاي H بیشینه - همانطور که در شکل 5 آمده فقط افزایشی میباشد. مقادیر مربوط به K، پارامتري که در ارتباط مستقیم با دو پارامتر قبل است با استفاده از فرمول - [9] - H= محاسیه شده و در شکل 6 مشاهده میشود.
نتایج بهدست آمده براي نمونههاي اکسید روي آلاییده با نیکل [10]، نشان میدهد که Hc براي این نمونهها با شیب بیشتري نسبت به نمونههاي آلاییده با کبالت کاهش مییابد. مقادیر Hc براي این نمونههاي آلاییده با کبالت بسیار بزرگتر از Hc نمونههاي آلاییده با نیکل میباشد که این مسئله ناشی از سختتر بودن فلز کبالت از نظر مغناطیسی نسبت به فلز نیکل است. مقایسه نتایج براي Mm نشان میدهد که در نمونههاي آلائیده با کبالت با افزایش کبالت Mm افزایش مییابد در نمونه-هاي آلائیده با نیکل نیز همین نتایج دیده میشود.
[11] با این تفاوت که این افزایش تا نمونه آلائیده با 6 درصد مولی ادامه دارد و با زیاد شدن درصد آلایش، مغناطش بیشینه کاهش مییابد و خاصیت مغناطیسی نمونه به خاصیت مغناطیسی فلز نیکل نزدیک میشود. این نتیجه نشان میدهد که مقدار 8 درصد مولی آلایش با کبالت براي رسیدن به بیشترین مقدار مغناطش در این نمونهها، کافی نبوده و براي رسیدن به این منظور باید درصد آلایش افزایش یابد. این نتایج با توجه به خواص ذاتی این دو فلز و همچنین نتایج بدست آمده توسط دیگران کاملا قابل انتظار بود .[8]
