بخشی از مقاله
چکیده
در این کار تحقیقاتی فروسیال فریت کبالت CoFe2O4 به روش شیمیایی هم رسوبی سنتز شد. از روشهای پراش پرتو ایکس - XRD - و میکروسکوپ الکترونی عبوری - TEM - به ترتیب جهت شناسایی فاز و تعیین مورفولوژی و اندازه ذرات استفاده گردید. برای بررسی رفتار مغناطیسی نمونه در دمای اتاق، منحنی پسماند نمونه با دستگاه مغناطیسسنج نمونه نوسانی VSM به دست آمد. نتایج نشان داد که نمونه تک فاز بوده و نانوذرات سنتز شده، تقریبا کروی میباشند. حضور آب در فروسیال باعث میشود که مغناطش اشباع و همچنین نیروی وادارندگی فروسیال فریت کبالت کمتر از مقادیر مربوط به نانوذرات فریت کبالت باشد. نتایج این کار پژوهشی بر اساس حضور آب به عنوان مایع حامل این نانوذرات و موثر بودن آن بر چرخش براونی تفسیر شدند.
مقدمه
فروسیالها مخلوطی کلوییدی میباشند که در آنها نانوذراتمغناطیسی مانند Fe3O4 - مگنتیت - ، Fe2O3 - مگهمیت - ، CoFe2O4 و غیره در داخل یک سیال آلی یا آبی به طور پایدار پراکنده شدهاند.[1] این مواد به دلیل خواص ویژهی مغناطیسی و سیالیت دارایکاربردهای گستردهای در زمینههای صنعتی و پزشکی از جملهسلولهای خورشیدی، حسگرها، ذخیره اطلاعات، جداسازی مواد،سرد کردن بلندگوها، انتقال حرارت، دارورسانی مغناطیسی و هایپرترمی برای درمان سرطان و غیره میباشند .[2] از میانفروسیالها، فروسیالهای بر پایه فریت کبالت - CoFe2O4 - به دلیل عملکرد الکترومغناطیسی بالا، مغناطش اشباع متوسط، ناهمسانگردی مغناطوبلوری بالا، سختی مکانیکی و پایداری شیمیایی خوب، مقاومت الکتریکی و مغناطوکرنش بالا، به یک نامزد امیدوار کننده برای بسیاری از برنامههای کاربردی در لوازمالکترونیکی تجاری از جمله ویدئو، نوارهای صوتی دیجیتالی باچگالی بالا، ضبط رسانه و به خصوص درمان هایپرترمی ودارورسانی تبدیل شده است .[3]
فریت کبالت - CoFe2O4 - دارای ساختار اسپینل معکوس میباشد - AB2O4 - ، که یون های اکسیژن سازنده ساختار fcc هستند و جایگاههای چهاروجهی Aتوسط نیمی از یون های آهن سه ظرفیتی اشغال میشوند ایندرحالی است که جایگاههای هشت وجهی B توسط یونهایکبالت و باقیمانده یونهای آهن اشغال میشوند .[4] یکی ازموضوعات مهم در کاربرد فروسیالها، پایداری سوسپانسیونمیباشد که به اندازه ذرات و کلوخهها بستگی دارد. برای ایجاد پایداری و جلوگیری از به هم چسبیدن ذرات، سطح آنها را ازموادی به نام سورفکتنت میپوشانند که جنس آنها از مواد آلی
میباشد .[1]
ذرات در یک سیال پراکنده میشوند که معمولا برایکاربردهای دارورسانی، سیال حامل آب میباشد .[5] کسر حجمی نانوذرات مغناطیسی در فروسیال از رابطه زیر به دست میآید.که در آن v کسر حجمی نانوذرات کبالت، Mfs مغناطش اشباع فروسیال و Mps مغناطش اشباع نانوذرات میباشد .[6]دراین پژوهش، فروسیال بر پایه نانوذرات فریت کبالت - CoFe2O4 - با روش هم رسوبی تهیه شد. آنالیز XRD برایمشخصه یابی ساختار نانو ذرات استفاده شد. ابعاد ذرات با میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM اندازه گیری شد و برای تعیین خواص مغناطیسی فروسیال از دستگاه مغناطیس سنج نمونه نوسانی VSM استفاده شد.
روش تجربی
مواد اولیه مورد استفاده در این کار عبارتند از: کبالت - Ⅱ - نیتراتشش آبه [Co - NO3 - 2.6H2O] ، آهن - Ⅲ - نیترات نه آبه [Fe - NO3 - 3.9H2O]، سدیم هیدروکسید [NaOH] ، اسید نیتریک [HNO3]، استون [ - CH3 - 2CO]، تترامتیل آمونیوم هیدروکسایدN - CH3 - 4OH و آب مقطر. فروسیال پایه-آب با روش هم رسوبیسنتز شد. سنتز بر اساس واکنش یونهای آهن و کبالت در محلول آبی سدیم هیدروکسید میباشد تا نانوذرات فریت کبالت طبقواکنش زیر تولید شود .[7]برای سنتز فروسیال کبالت، ابتدا محلولهای [Co - NO3 - 2.6H2O] و [Fe - NO3 - 3.9H2O] با حل کردن نمکهای کبالت و آهن درآب مقطر تهیه شدند. 50 میلی لیتر از محلول نیترات کبالت و 50میلی لیتر از محلول نیترات آهن با نسبت مولی 1 به 2 با هم مخلوط و به مدت یک ساعت در دمای اتاق هم زده شدند.
سپس100 میلی لیتر محلول 3 - NaOH مولار - به آهستگی و قطره قطرهبه مخلوط در حین هم خوردن سریع، اضافه شد و در دمای 90 درجه سانتیگراد به مدت دو ساعت هم زده شد. آهنگ اضافه کردنمحلول NaOH در کوچک کردن ابعاد ذرات تاثیر دارد .[8] درپایان با استفاده از یک آهنربای قوی رسوب تهنشین شده جدا شدو با آب مقطر چندین بار شسته شد. سپس 200 میلی لیتر HNO3 2 - مولار - به رسوبات فوق اضافه شد و به مدت یک ساعت دردمای اتاق هم زده شد و توسط یک آهنربای قوی رسوبات مغناطیسی مجددا جدا و توسط استون شستشو داده شدند. ازتترامتیل آمونیوم هیدروکساید به عنوان پخش کننده استفاده شد.
نانوذرات با یونهای هیدروکسیل تترامتیل آمونیوم هیدروکساید کهغلافی از یونهای مثبت هستند پوشانده شدند. این ساختار سطحی دافعه الکتروستاتیک را بین ذرات ایجاد میکند که میتواند بر نیروهای کلوخه کننده و جاذبه واندروالس غلبه کند .[8] طرح پراش اشعه ایکس با استفاده از تابش Cu-K به دست آمد. اندازه گیری TEM با میکروسکوپ الکترونی Leo 912 AB انجام شد. منحنی پسماند مغناطیسی فروسیال در دمای اتاق با مغناطیس سنج نمونه نوسانی - VSM , Lake shore 7404 - اندازه گیری شد.
نتایج و بحث
شکل - 1 - ، طرح پراش اشعه ایکس نانوذرات فریت کبالت در فروسیال را نشان میدهد. همه قله های مشاهده شده در طرح پراش مورد نظر با ساختار بلوری فریت کبالت - ساختار اسپینل معکوس با شماره کارت - JCPDS: 01-1121 همخوانی دارد و فاز دیگری مشاهده نمیشود. با استفاده از رابطه دبای شرر [8]،اندازه بلورک ها در راستای قله ارجح - 311 - ، حدود - 9/93 - نانومتر به دست آمد.برای تعیین ثابت شبکه از رابطه a=d - h2+k2+l2 - 1/2 استفاده شد که در آن l - ،k، - h شاخصهای میلر و d فاصله بین صفحاتمیباشد. ثابت شبکه برابر با 8/35 آنگستروم به دست آمد که درتوافق با نتایج دیگران میباشد .[9]تصویر TEM نانوذرات فریت کبالت - شکل - 2 نشان میدهد که اغلب ذرات تقریبا کروی هستند. با در نظر گرفتن حدود 110 ذره قطر ذرات بین 7-26 نانومتر بدست آمد و میانگین قطر ذرات، 12/73 نانومتر میباشد.
در شکل - 3 - ، منحنی پسماند نانوذرات فریت کبالت و فروسیال فریت کبالت که در دمای اتاق اندازهگیری شده اند، نشان داده شدهاست. منحنی مربوط به نانوذرات فریت کبالت، برای پودر خشک شده فروسیال کبالت به دست آمده است. نتایج حاصل ازمنحنیهای پسماند، در جدول - 1 - جمع بندی شده است.مغناطش اشباع فروسیال فریت کبالت کمتر از مغناطش اشباعنانوذرات فریت کبالت میباشد که با توجه به این که کسر حجمی نانوذرات مغناطیسی در فروسیال طبق رابطه - 1 - برابر 0/38 میباشد، علت این کاهش، حضور آب در فروسیال میباشد. ذراتکوچک مغناطیسی برای چرخش آزاد هستند. برای ذرات کلوییدیموجود در یک سیال، علاوه بر چرخش نیل که چرخش مغناطشاست، چرخش براونی نیز دیده میشود. علت کاهش نیروی وادارندگی - Hc - فروسیال نسبت به نانوذرات فریت کبالت، حضورآب به عنوان مایع حامل این نانوذرات و موثر بودن آن بر چرخشبراونی میباشد .[10] در مواد مغناطیسی سخت Hc >125 Oe و در مواد مغناطیسی نرم Hc <125 Oe میباشد [10]، که طبق نتایج
