بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق ابتدا نانوذرات فریت منگنز-کبالت-روي با فرمول عمومی Mn0.2Co0.3Zn0.5Fe2O4 به روش همرسوبی شیمیایی ساخته شدند. پس از شناسایی ساختار و مورفولوژي نانوذرات تهیه شده، با استفاده از روشهاي پراش پرتو X و تصویربرداري میکروسکوپ الکترونی TEM، منحنی پسماند مغناطیسی نانوذرات به روش VSM تعیین شد. نتایج نشان دادند که نانوذرات فریت منگنز-کبالت-روي با ساختار اسپینلی و با ابعاد میانگین 39/7nm ساخته شده و منحنی پسماند شبهس ابرپارامغناطیسی دارند. پس از تهیه و شناسایی نانوذرات مورد نظر، نانوسیالات فریت منگنز-کبالت-روي با پراکنده ساختن نانوذرات در سیال پایه آب، به کمک امواج فراصوت در کسر حجمیهاي مختلف از 0/1 تا 0/3 درصد ساخته شدند. سپس هدایت الکتریکی نانوسیالات در دماهاي برگزیده 10، 20، 30، 40، 50 و 60 درجه سانتیگراد اندازهگیري شد. نتایج نشان دادند که هدایت الکتریکی این نانوسیال بر حسب کسر حجمی با شیبهاي متفاوت وابسته به دما افزایش مییابد. همچنین میزان افزایش هدایت الکتریکی نانوسیال با افزایش دما زیاد میشود. وابستگی دمایی هدایت الکتریکی نانوسیال نیز افزایش تقریباً خطی در همه کسر حجمیها را نشان میدهد. نتایج به انتقال مستقیم بار توسط نانوذرات و حرکت براوونی آنها و همچنین تغییر گرانروي سیال پایه برحسب دما و کسرحجمی نسبت داده میشود.
مقدمه
نانوسیال، به سیالی گفته میشود که در آن نانوذرات فلزي یا غیرفلزي بطور کاملا یکنواخت و پایداري پراکنده شده باشند. خواص متنوع ناشی از ترکیب خواص نانوذرات و سیالات پایه، قابلیتهاي کاربردي بسیار زیاد و متنوعی را براي نانوسیالات در محیطها و شرایط متفاوت ایجاد کرده است که موجب اهمیت بسزاي آنها در صنایع، کشاورزي، تاسیسات و پزشکی شده است. دستهاي از آنها فروسیالات یا نانوسیالات مغناطیسی هستند که حاوي نانوذرات مغناطیسی پراکنده شده در یک سیال پایه - اغلب آب - بوده و خواص مغناطیسی منحصر به فردي را از خود نشان میدهند. فروسیالات در حضور میدان مغناطیسی خارجی، همچون سیالی هوشمند عمل کرده و نانوذرات آن در جهت خطوط میدان جهتگیري میکنند. این ویژگی موارد استفاده نانوسیالات مغناطیسی را براي جابجایی آنها به کمک میدان مغناطیسی فراهم آورده است 1] و .[2
نانوفریتهاي اسپینلی که دستهاي از مواد مغناطیسی با خواص جالب توجه پژوهشگرانند، داراي فرمولی شیمیایی بصورت 3 - ق2کً - - قق - هستند که در آن ق یک کاتیون دو ظرفیتی مثل آهن، نیکل، منگنز، روي و.... میباشد .[3] فریتهاي حاوي منگنز و روي داراي ضریب نفوذ مغناطیسی و ضریب حرارتی بالایی بوده و به همین دلیل در ساخت هسته ترانسفورماتورها و سیم پیچ هاي حلقوي کاربرد فراوانی دارند. در تحقیق حاضر از نانوفریت منگنز- کبالت-روي براي ساخت فروسیال مغناطیسی بر پایه آب استفاده شده است. علاوه بر خواص انتقال حرارت مطلوب فروسیالات که در همه انواع نانوسیالات مورد توجه است، خواص مغناطیسی فروسیالات در سالهاي اخیر به علت کاربردهاي متنوع آن در صنعت و پزشکی مورد توجه محققین قرار گرفته است. این بررسیها شامل ویژگیهاي مغناطیسی نانوذرات و خاصیت گروانروي سیالات پایه آنها، تغییر هدایت گرمایی و الکتریکی فروسیالات مختلف با دما و اندازه نانوذرات در کسر حجمیهاي متفاوت است. در این تحقیق ابتدا نانوذرات فریت منگنز-کبالت- روي جخقلکًزحتغظصحتپهلحتغقض ساخته شده و پس از مشخصهیابی نانوذرات، هدایت الکتریکی نانوسیال تهیه شده از آن در دما و کسرحجمیهاي مختلف اندازهگیري شده است.
روش تجربی
پس از مشخصهیابی نانوذرات، نانوسیالات پایداري با کسر حجمیهاي 0/1، 0/15، 0/2 و 0/3 درصد از پراکنده ساختن نانوذرات در آب تهیه شد - تعریف کسر حجمی، درصد حجم نانوذرات به حجم کل نانوسیال است - . به منظور پایداري مطلوب نانوذرات پراکنده شده در سیال پایه از امواج فراصوت با توان تزذ ح و فرکانسzدفتخ به مدت 10 دقیقه استفاده شد. هدایت الکتریکی هر نانوسیال با استفاده از دستگاه هدایت سنج ساخت شرکت لاطکص؟هح مدل ذذشقه با دقت 1 در گستره دمایی 10 تا 60 درجه سانتیگراد اندازهگیري شد. دماي نانوسیالات در حین آزمایش با استفاده از حمام آب و با دقت بهتر از 0/1 درجه سانتیگراد ثابت نگه داشته میشد.
نتیجهگیري و بحث
طرح پراش پرتو گ در شکل 1، تشکیل یک ساختار اسپینلی مکعبی بدون هیچ قله اضافی را نشان میدهد. تحلیل این طرح با نرمافزار صطکب’گ نشان میدهد که تمام قلهها منطبق بر قلههاي کارت استاندارد حخهپ شماره نکصلسخ،تسذت مربوط به فریت منگنز-روي است. شاخصهاي میلر مربوط به دسته صفحات مختلف نیز در محل قلههاي متناظر قید شده استح اندازه متوسط نانو بلوركهاي خقلکًزحتغظصحتپهلحتغق به کمک رابطه شرر [5]، از شدیدترین قله پراش برابر با عغ 32 تخمین زده میشود. تصویر قغ1 نانوذرات فریت منگنز-کبالت-روي به همراه منحنی توزیع اندازه نانوذرات مستخرج از آن در شکل2 نشان داده شده است. این شکل نشاندهنده تشکیل نانوذرات فریت با ابعاد میانگین عغ 39/7 است که با تخمین حاصل از نتایج خلگ مطابقت دارد. این نتیجه نشان میدهد که نانوذرات پراکنده شده در سیال پایه - آب مقطر - ، هدایت الکتریکی آن را به طور قابل ملاحظهاي افزایش میدهند. همچنین این شکل نشان میدهد که میزان افزایش هدایت الکتریکی با کسر حجمی به دماي نانوسیال وابسته است؛ به طوري که شیب افزایش هدایت الکتریکی نانوسیال در دماهاي بالاتر بیشتر است. رفتار مشابه در مورد نانوسیال مغناطیسی مگنتیت جخقصکًض بر پایه آب [5] گزارش شده است. علت افزایش هدایت الکتریکی نانوسیال با کسر حجمی به افزایش حاملهاي بار نسبت داده میشود. بدین ترتیب که با افزایش کسر حجمی نانوسیال،
