بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، نانوذرات 1/0 - و 0/7 ،0/5 ،0/3 ،0/1 ،Ni1-xZn xFe2O4 - x= 0/0 به روش سل- ژل ساخته و در دمای 500℃ پخت شدند. توسط پراش پرتو ایکس - XRD - ساختار نانوذرات به صورت تکفاز و دارای ساختار اسپینلی مکعبی تشخیص داده و اندازه بلورکها در حدود 14- 31 nmتعیین شد. مشاهده گردید با افزایش Zn گذار فاز از اسپینلی نرمال به معکوس اتفاق میافتد. همچنین مورفولوژی دانهها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی - FESEM - بررسی شد. پیوندهای شیمیایی ترکیبها، توسط تحلیل فوریه مادون قرمز - FT-IR - تعیین و معلوم شد با افزایش مقدار آلایش، موقعیت جذب مربوط به جایگاه چهار وجهی به سمت عدد موجهای کمتر، جابجا میشود. بر اساس آنالیز مغناطش با نمونه ارتعاشی - VSM - ، مشخص شد با افزایش مقدارZn تا حد بهینهی x= 0/3 مغناطش اشباع ابتدا افزایش و سپس کاهش مییابد. این رفتار به توزیع کاتیونهای فلزی در جایگاههای چهار وجهی و هشت وجهی نسبت داده شد
مقدمه
پذیری اولیه در محدوده 10-1000 T/ - A.m-1 - و همچنین فریت Ni-Zn از نوع فریتهای اسپینلی نرم با فرمول عمومی پایداری شیمیایی بالایی را برای نانوذرات این فریتها میتوان ذکر MFe2O4 - M= Ni, Mg, Mn, Fe, Zn,… - است. ویژگیهای کرد. ضمناً این دسته از مواد، علاوه برمغناطش، اشباع نسبتاً بزرگ، بارزی همچون میدان وادارندگی پایین در حدود چند اورستد، نفوذ دارای مقاومت ویژه بالایی نیز هستند - مقاومت ویژه فریتها نوعاً در محدوده - 1- 104 m است - و به این دلیل از نظر رسانایی الکتریکی، یک رسانای ضعیف محسوب میشوند. مجموعه این ویژگیها سبب شده است که این مواد مغناطیسی نرم کاربردهای گستردهای در عرصه پزشکی و صنعت مانند هسته ترانسفورماتورها، مبدلها، فروشارهها جهت دارورسانی هدفمند، آنتنهای جذب امواج مایکروویو، افزایش وضوح تصاویر MRI و... بیابند .[3-1]
همانطور که قبلاً اشاره شد، نانوذرات فریت Ni-Zn از جمله فریتهای اسپینلی مکعبی هستند. در این نوع از فریتها دو جایگاه چهاروجهی - - A و هشت وجهی - - B وجود دارد که بسته به قرارگیری کاتیونهای فلزی دو و سه ظرفیتی در این جایگاهها ما سه نوع اسپینل نرمال، آمیخته و معکوس خواهیم داشت. فریت نیکل یک اسپینل معکوس است و آلایش این فریت با عنصرZn یک اسپینلی آمیخته ایجاد میکند و باعث تغییر خواص فیزیکی این فریت میشود. در این پژوهش نانوذرات ترکیب Ni1-xZnxFe2O4 به روش سل-ژل و با استفاده از کمپلکس ساز EDTA تهیه شده و مورد مطالعه قرار گرفته است.
آماده سازی وتهیه نمونهها
در این تحقیق مواد شیمیایی شامل نیترات آهن، نیکل، روی و اسیدسیتریک همگی با درصد خلوص%99/9 از مرک و EDTA جهت جلوگیری از رشد و انباشتگی ذرات استفاده شد. برای ساخت نمونهها بعد از توزین دقیق مواد اولیه با نسبت استوکیومتری مناسب، تمامی نیتراتهای فلزی با مقدار مناسبی آب دو بار یونیزه شده در بشر شماره 1ریخته شدند. سپس EDTA بعد از توزین با نسبت 3:1، نسبت به مولهای فلزی در بشر شماره 2ریخته شد و در ادامه، محلول نیتراتها و محلول EDTA تحت همزن مغناطیسی قرار گرفتند. سپس محلول نیتراتهای فلزی قطره قطره به محلول EDTA اضافه شد. پس از آن 1/5ساعت محلول اسید سیتریک - اسید سیتریک با نسبت3:1، نسبت به مولهای فلزی توزین میشود - روی همزن مغناطیسی قرار داده شد. در انتها محلول همگن اسید سیتریک به محلول حاصل از نیتراتها و EDTA اضافه شد. پس از تنظیم PH روی 7، با تداوم افزایش دما فرایند خود احتراقی صورت پذیرفتو ماده کاملاً خشک و پودر قهوهای رنگی حاصل شد. پودر حاصل در دمای 500℃ و به مدت 1 ساعت حرارتدهی شد.
در این پژوهش، خواص ساختاری و بلوری نانوذرات با بهره-گیری از دستگاه پراش پرتوی ایکس - - XRD باطول موج 1/5405Å با چشمه &X. مورد ارزیابی قرار گرفت. در این تحقیق، دستگاه FE-SEM ساخت شرکت Hitachi با مدل S4160 استفاده شد. همچنین به منظور بررسی پیوندهای شیمیایی و تعیین نوع گروههای عاملی موجود در ترکیبها، نمونهها را، در دمای محیط و در محدودهی فرکانسی 400-4000 cm-1 تحت آنالیز FT-IR قرار دادیم.ضمناً مطالعه خواص مغناطیسی مواد، توسط دستگاه مغناطش سنج نمونهی ارتعاشی - VSM - انجام شد.
بحث و نتایج
در شکل1، طیفهای پراش پرتوی ایکس فریتهای Ni-Zn پخت شده در دمای 500℃، نشان داده شده است. الگوهای XRD تشکیل ساختار اسپینلی مکعبی را تأیید میکنند. همهی قله-های بازتاب نمونهها مشخص و اندیس گذاری شدند که به خوبی با کارت استاندارد به شماره - 00-023-1119 - توافق دارد و مؤید تک فاز بودن تمامی نمونههاست. پهنای خطوط پراش پرتوی ایکس نشان دادند ذرات در مقیاس نانو هستند. اندازه بلورکها با استفاده از رابطه دیبای- شرر محاسبه شد: D اندازه دانه، - CuKα= 1/5405Å - ، - رادیان - پهنای نیم بیشینه شدت قلههای - 220 - ، - 400 - ، - - 422و - 440 - است. میانگین اندازه بلورکها بدست آمده برای هر طیف پراش در جدول 1 آورده شده است. نتایج نشان میدهند با افزایش مقدار x موقعیت قلهها به سمت زاویههای کمتر میل کرده است که با توجه به شعاع یونی کوچکتر - 0/78Å - Ni+2در مقایسه با - 0/82Å - Zn+2، این امر بدیهی بوده و نشاندهندهی افزایش پارامتر شبکه است. ضمناً به منظور محاسبهی ثابت شبکه، طیفهای پراش تحت تحلیل ریتولد قرار گرفتند همانطور که در جدول 1 دیده میشود، افزایش میزان x NiFe2O4 در شکل 2 آورده شده است. همانطور که دیده میشود نمونهها از اگلومرههایی به ابعا د 30-50 نانومتر تشکیل شده است. همچنین با افزایش میزان x اندازه بلورکها تا x= 0/5 کاهش و بعد از آن افزایش مییابد این رفتار در کار دیگران نیز مشاهده شده است .[4]
از آنجایی که فریت نیکل در مقایسه با فریت روی مغناطیسیتر است. در نتیجه، نانوذرات فریت نیکل در مقایسه با فریت روی اگلومرهتر هستند که نشاندهنده بر همکنش دو قطبی دو قطبی حاکم بر نانوذرات این فریت، است. برای اطمینان از تشکیل پیوندهای موجود در ساختار، نمونهها را تحت آنالیز FT-IR قرار دادیم که نتایج آن در شکل3 آورده شده است. در طیف FT-IR فریتها، دو منطقه جذب مربوط به جایگاههای A وB وجود دارد که با 1 و2 مشخص میشوند که دارند. این قلهها مربوط به ارتعاشات ذاتی کاتیونها در مکانهای A وB است. بسته به جرم کاتیون و قدرت پیوند بین کاتیون و اکسیژن، در یکی از موقعیتهای این محدودههای فرکانسی جذب صورت میگیرد. در شکل3 گروههای عاملی مربوط به سایر قله- های موجود در طیفها مشخص شدهاند. با توجه به نتایج بدست آمده، مشاهده میشود که با افزایش میزان آلایش Zn، موقعیت 1 به سمت عدد موجهای کمتر میل میکند. دلیل این امر وزن اتمی بیشتر عنصر روی در مقایسه با وزن اتمی عناصر نیکل و آهن است. با افزایش غلظت عنصر Zn در مکانهای A و جایگزینی آن به جای یونهای سبکتر آهن وزن اتمی موثر در این جایگاه افزایش مییابد، در نتیجه مطابق با اصل ارتباط معکوس وزن گروه
