مقدمه

زماني كه استفاده از امواج راديويي به عنوان وسيله ي كارآمد براي برقراري ارتباطراه دور ميسر گرديد، اكثر ادوات و اسبا بهاي مورد استفاده در ساخت گيرنده ها و فرستنده هاي امواج راديويي حجيم و از لحاظ كارآيي الكترونيكي و استحكام مكانيكي، ضعيف بودند. با گسترش روزافزون استفاده از امواج راديويي، نياز به ادوات كوچك تر، كارآمدتر و با دوام تر، بيش از پيش احساس مي گرديد. شايد بتوان گفت كه اوج نياز به چنين ادوات و ابزاري در جنگ جهاني دوّم به وجود آمد. لازم بود كه از حجم سيم پيچ ها، مدارهاي تزويج و مبدّل ها كه در دستگاه هايي نظير رادار كاربرد فراواني داشتند، كاسته شود و به طور همزمان بازدهي و حساسيّت ادوات مزبور، در مدارهاي الكترونيكي و مخابراتي افزايش يابد. تلاش هاي به عمل آمده براي تأمين نيازهاي مزبور، منجربه ساخت ادواتي گرديد كه بعداً مغناطيس هاي سراميكي ناميده شدند. مهم ترين خاصيّت مغناطيس هاي سراميكي، بزرگ بودن مقاومت ويژه آنها نسبت به مغناطي سهاي فلزي است. به همين جهت مي توانند با كوچك نگاه داشتن جريا نهاي گردابي و اتلاف ناشي از آن، در مدارهاي مغناطيسي مخصوص فركانس هاي بزرگ مورد استفاده قرار بگيرند. كارهاي ابتدايي و پايه اي براي گسترش و حل مسائل مغناطيس ها، غالباً در نيمه ي اوّل قرن بيستم انجام شده اند. ابتدا در سال ١٩٢٥ ميلادي به وجود اسپين الكترون پي برده شد.
در سال ١٩٢٧ ميلادي، رفتار تأثيرپذيري مغناطيسي براي بسياري از اجسام توسط، تابع بريلئون، تشريح گرديد. هايزنبرگ در سال ١٩٢٨ ميلادي، اساس نيروهاي تبادلي را فرمول بندي نمود. سپس لاندائو ولفيشتين، ذرات تك حوزهاي و ساختمان حوز ههاي مغناطيسي را معرفي كردند. نيل در سال ١٩٤٨ ميلادي، مطالب نظري مختلفي را براي توجيه رفتارهاي مغناطيسي فريتها، ارائه نمود. روش ساخت فريت هاي اسپينلي نرم در طي سال هاي ١٩٣٣ تا ١٩٤٥ ميلادي، به طور قابل توجهي تكميل گرديد. فريت سخت باريم در سال ١٩٥٢ ميلادي ساخته شد. در طي سال هاي بعد تكامل چشم گيري در روش هاي ساخت و استف ادهي وسيع از مغناطي سهاي سراميكي در مدارهاي الكترونيكي و مخابرات رُُخ داد. (در تحقيق حاضر به بررسي خوّاص و ساختار كاربردهاي يك نوع فريت مغناطيسي به نام هگزافريت باريم 3Bao.6Fe2O مي پردازيم و نقش پارامترهاي مختلف را بر روي ساختار نهايي و خواص اين ما دهي مغناطيسي مهم بررسي مي نماييم. همچنين روش هاي مختلف توليد اين ماده را به طور خلاصه مورد بررسي قرارمي دهيم).{١}
سراميك هاي مغناطيسي كه تماماً تركيبات آهن دار مي باشند بخش عظيمي از صنعت مغناطيس را به خود اختصاص مي دهند. تقريباً ٤٠ درصد از مجموع ميزان فروش مواد مغناطيسي در ايالات متحده آمريكا را فريت ها تشكيل مي دهند كه با وجود پيش رفتهاي مداوم در مواد جديد، مصرف فريت ها هنوز رو به افزايش است. توليد جهاني هگزافريت هاي نوع Mبيش از نيمي از توليد فريت هاي سخت را به خود اختصاص داده اند. هگزافريت هاي زينتر شده در موتورها، ژنراتورها و وسائل رباينده و نگهدارنده (مانند چنگك جرثقيل هاي مغناطيسي)، ميكروفون ها و وسائل ايجاد جريان گردابي، كاربرد وسيعي دارند به طوري كه تناژ توليدات آهن رباهاي دائمي در اين زمينه ها حدود ٩٧% كُل آهن رباهاي دائمي توليد شده در جهان را به خود اختصاص مي دهد. يكي از كاربردهاي وسيع هگزافريت هاي ناهمسانگرد در بلندگوها مي باشد.{٢}
پلاستوفريت ها شكل ديگري از كاربرد هگزافريت ها در صنعت مغناطي س به شمار مي آيند كه در آن پودر فريت در داخل يك ماده پُليمري تلقيح مي شود و بدين ترتيب مي توان آهن رباهايي با شكل و اندازههاي مختلف براي موارد خاص مانند درهاي يخچال، تخته هاي نقش هكِشي، اسبا ببازي ها و غيره تهيه نمود.
اكسيد آهن گاما، دياكسيد كُرم (3(Cr2O، فريتهاي هگزاگونال و پودرهاي فرو مغناطيس از قبيل پودر آهن كاربرد وسيعي در محيط هاي ذخيره ي اطلاعات دارند. تحقيقات نشان داده است كه هگزافريت باريم مادهي مناسبي براي استفاده در محيط هاي ذخيره ي اطلاعات با چگالي بالا ميباشد. به منظور حداقل كردن پاك شوندگي احتمالي اطلاعات در كارت هاي اعتباري، كارت هاي شناسايي و كارت هاي كنترلي از هگزافريت باريم با وادارندگي مغناطيسي بالا حدود ٣١٨.٣ تا ٢٣٨.٧ Oe استفاده مي شود.{٣}
اين مواد همچنين ماده مناسبي براي لوح فشرده نرم و س خت، نوارهاي ويدئويي و ضبط به شمار مي آيند. لوح هاي فشرده ن رم ٥.٣ ن و ار Hi-٨ mm و نواره اي ن رم ش رکتس وني مث اله ايي از ك اربرد ص نعتي هگزافري ت ب اريم م يباش د. وادارن دگي مغناطيس ي،مغناطي س پس ماند و مغن اطيس اش باع هگزافري ت ب اريم تولي د ش ده توس ط كمپ اني ت دا، ب راياس تفاده در ل و ح فش رده س خت ب ه ترتي ب emur ،٦٢٥ Oe ٢٦.٢١ و emur ي باشد. تهيه و بررسي خوّاص لايه هاي نازك هگزافريت باريم براي استفاده در محيط ه ايذخيره شده اطلاعات همچنان موضوع مورد تحقيق مي باشد.

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فهرست مطالب

چکيده…………………………………………………………………..1
مقدمه…………………………………………………………………….2

فصل اول: کلييات

هر آهن رُبا در فضاي اطراف خود اثراتي دارد كه اين فضا را ميدان مغناطيسي آهن ربا گويند. ميدان مغناطيسي مانند ميدان هاي الكتريكي و جاذبه توليد ميدان نيرو مي كند. ميدان مغناطيسي مي تواند به وسيله ي حركت بار الكتريكي و با توسط يك آهن رُباي دائم ايجاد شود. در آهن رباهاي دائمي هيچ جريان الكتريكي وجود ندارد بلكه حركت هاي چرخشي و وضعي الكترو نها در داخل اتمها منجربه مغناطيسي شدن ماده و ايجاد ميدان مغناطيسي در اطراف آن مي گردد. در سيستم واحد cgs شدت ميدان، H برابر با تعداد خطوط نيروست كه از واحد سطح عمود بر عبور مي كند. اگر يك قطعه آه نرُبا نشده را نزديك يك آهن ربا قرار دهيم به علت انرژي ميداني كه به وسيل ه آه نربا ايجاد مي شود و قطعه خاصيت مغناطيسي پيدا مي كند، به همين دليل به H نيروي مغناطيس كننده نيز مي گويند. {١}
القاي مغناطيسي١
پاسخ محيط به ميدان (H) را با القاء يا شار مغناطيسي (B) نشان مي دهند. اگر به يك قطعه مغناطيس نشده ميدان اعمال شود به اين قطعه ميدان مغناطيسي القاء ميشود و قطب هاي مغناطيسي تشكيل ميشوند. رابطه بين B و H به قرار زير است:
B = μоH (در محيط خلاء)
كه يك رابطه ي خطي است و μо نفوذپذيري مغناطيسي خلاء ميباشد. در مواد فرو و فري مغناطيسي، شار مغناطيسي با H رابطه ي خطي ندارد و به صورت زير است:
B = μH μ نفوذپذيري مغناطيسي ماده است و لزوماً ثابت نيست. {٥}
1 Magnetic Induction
v شدت مغناطش١
تعداد گشتاورهاي مغناطيسي در واحد حجم ماده را شدت مغناطيسي مي گويند و به صورت زير نشان ميدهند : M=m/V كه M گشتاور مغناطيسي، m حجم ماده و v شدت مغناطيسي مي باشد. در سيستم SI واحد برابر 3erg مي باشد كه به اختصار 3emu نوشته مي شود. مغناطيس جرمي مغناطيس ويژه) به صورت زير تعريف مي شود:
s=mw=mrv=Mr (emur)
رابطه ي بين سه پارامتر اصلي مغناطيس H M B در سيستم CGS به صورت زير تعريف مي شود: B = M (H + M)B بر حسب تسلا و H بر حسب آمپر بر متر {Am} مي باشد. {٤}
v حلقه پس ماند مواد مغناطيسي٢
وقتي به ماده اي ميدان مغناطيسي اعمال مي شود گشتاورهاي آن ماده در جهت ميدان قرار ميگيرند، زماني كه همه ي گشتاورهاي ماده در جهت ميدان قرار گرفتند مغناطيس به حالت اشباع مي رسد تا نقط هي عطف مغناطيس برگشت پذير است، ولي بعد از نقطه ي عطف اگر ميدان معكوسي اعمال شود تا ميدان به صفر برسد مقداري از گشتاورها در جهت ميدان اعمالي منحرف مي شوند و مقداري از آنها نيز در جهت ميدان باقي مي مانند كه نمايانگر پس ماند مغناطيسي Magnetic Remanence) Br) مي باشند. پس ماند مغناطيسي، نشان دهند هي مقدار القاي مغناطيسي است كه در جسم باقي مي ماند.
ميدان منفي لازم براي به صفر رسانيدن گشتاور خالص مغناطيس در ماده را نيروي وادارندگي مغناطيسي (Magnetic CoerciveForce) مي نامند. {4}
شكل ١-١: نمايش حلقه پسماند مغناطيسي. بزرگ بودن سطح اين حلقه در يك جسم سبب بزرگ شدن اتلاف انرژي هنگام اعمال ميدان مغناطيسي متناوب به جسم مي گردد.
v تأثيرپذير مغناطيسي Xm ١ تأثيرپذيري مغناطيسي (پذيرفتاري مغناطيسي) براي مواد مختلف به صورت نسبت مغناطش به شدت ميدان مغناطيسي تعريف مي شود{4}.
v حوزه ي مغناطيسي٢ يك حوزه ي مغناطيسي، قسمتي از جسم مغناطيسي مي باشد كه تمام گشتاورهاي مغناطيسي موجود در آن قسمت، با يكديگر موازي هستند. جهت بردار مغناطيس هر حوزه با جهت بردار مغناطيس حوزههاي مجاورش متفاوت ميباشد. جهت بردارهاي مغناطيسي حوزه هاي مجاور، نسبت به يكديگر، در امتدادهايي قرار مي گيرند كه انژري برهم كنش مغناطيسي به حداقل برسد. در واقع علت به وجود آمدن حوزه هاي مغناطيسي، كاهش انرژي مغناطيسي است در هر حوزهي مغناطيسي، گشتاور تمام اتم هاي مغناطيسي تحت اثر برهمكنش تبادلي در يك راستا قرار دارند. اگر حجم فرو مغناطيس باشد كليه گشتاورهاي مغناطيسي هم جهت هستند. در اجسام فري مغناطيسي، گشتاور مغناطيسي اتم هاي متعلق به شبكه هاي فرعي مختلف، با يكديگر پاد موازي مي باشند. هر حوزه داراي يك بردار مغناطيس خود به خودي است كه در جهت آسان مغناطيسي حوزه قرار دارد.
شكل ١-٢: در هردانه بردارهاي مغناطش حوزه ها در امتداد جهت آسان قرار دارند v ديواره مغناطيسي در اطراف هر حوزه ي مغناطيسي، يك مرز براي جدا نمودن آن حوزه از ساير حوزه ها وجود دارد كه اين حوزه را ديواره ي حوزه مي نامند. تفاوت عمده ي حوزه ها يكسان نبودن جهت ميباشد. به همين دليل جهت در دو طرف ديوارهي مغناطيسي يكسان نيست.
در داخل ديواره، بردار از راستاي مربوط به يك حوزه شروع به چرخش مينمايد به طوري كه پس از رسيدن به انتهاي ضخامت ديواره در راستاي مغناطيس حوزه مجاور قرار گرفته است، بر حسب مقدار و نوع چرخش ديوا رههاي مختلفي به وجود ميآيند كه هر كدام ويژگ يهاي مربوط به خود را دارند. {1} v حركت ديواره هاي مغناطيسي اعمال ميدان خارجي به حجم، سبب چرخش حوزه ها مي گردد. چون حوزه ها توسط ديواره ها از يكديگر جدا مي شوند، حركت نسبي حوزهها نسبت به يكديگر، حركت ديواره ها را به دنبال دارد. اگر چرخش حو زهها در يك جسم چند حوزهاي، برگشت پذير باشد، حركت ديواره ها نيز برگش تپذير است. چنانچه چرخش بعضي از حوزه ها برگشت ناپذير باشد، حركت ديواره ها مربوط به آن نيز برگشت ناپذير است. {٤}
١-٢) تقسيم بندي مواد از لحاظ خاصيت مغناطيسي
از لحاظ خوّاص مغناطيسي و با توجه به چگونگي پاسخ به ميدان مغناطيسي، مواد به دسته هاي مختلفي تقسيم بندي مي شوند كه در زير آمده است :
الف) مواد ديا مغناطيسي ب) مواد پارا مغناطيسي پ) مواد فرو مغناطيسي ت) مواد پاد فرو مغناطيسي ث) مواد فري مغناطيسي
الف) مواد ديا مغناطيسي
در مواد ديا مغناطيسي Xm منفي و اندازه ي آن از مرتبه ي 5– 10 است. در مواد مزبور Xm تقريباً مستقل از دما و شدت ميدان اعمال شده به جسم است. علت منفي بودن Xmدر مواد ديا مغناطيسي آن است كه در اين مواد تغييرات گشتاور مغناطيسي در حضور ميدان مغناطيسي خارجي فقط ناشي از قانون » « است (طبق قانون لنز در اثر اعمال ميدان مغناطيسي جريان القايي به گونه اي است كه اثر تغييرات خارجي را كاهش دهد. بنابراين با افزايش يا كاهش ميدان اعمالي سرعت حركت الكترو نها به گونه اي كه اثر ميدان خارجي را تقليل دهد افزايش يا كاهش مييابد و نكته ي مهم پايداري اين وضعيت در صورت ثابت بودن شرايط ميباشد.{١}
ب) مواد پارا مغناطيسي در اين مواد Xm داراي مقدار ثابت است. مقدار Xm براي مواد پارا مغناطيسي در دماي اتاق بين4 – 10 تا 2– 10 مي باشد. در مواد پارا مغناطيسي Xm تابع درجه ي حرارت است. در دماهاي معمولي Xm وابستگي اندكي به شدت ميدان اعمال شده دارد در حوالي صفر مطلق مواد پارا مغناطيس مي توانند به اشباع مغناطيسي برسند. {١}
١-١) مروري بر خواص مغناطيسي مواد……………………………. ٨
١-٢) تقسيم بندي مواد از لحاظ خاصيت مغناطيسي…………… ١٢

فصل دوم: هگزا فريت باريم.

به طور كلي مواد مغناطيسي به دو دسته مواد مغناطيسي نرم و سخت تقسيمبنديمي شوند، كه از جمله مواد مغناطيسي نرم مي توان به NiFe (پرمالوي) و آلياژهاي FeNiCo اشاره كرد كه كاربرد اين مواد مغناطيسي نرم در مب دلها، القاگرها و ژنراتورها مي باشد.
از جمله مواد مغناطيسي سخت نيز مي توان به AlNiCo، فريت هاي Ba و Sr و خاكي هاي نادر اشاره كرد، كه كاربردهاي فراواني از جمله در موتورها و ياتاقان هاي بدون اصطكاك دارند.
هگزافريت باريم با فرمول شيميايي 19BaM) BaFe12O) يك ماده مغناطيسي با قابليت هاي بالاي علمي و تكنولوژيكي مي باشد. از جمله خواص اين ماده مي توان به دماي كوري نسبتاً بالا، وادارندگي مغناطيسي بالا، ناهمسانگردي مغناطيسي قوي، پايداري شيميايي و مقاومت به خوردگي خوب اشاره كرد. {٥}
در سال هاي اخير اين فريت هگزا گونال به طور گسترده اي در محي طهاي ذخيره سازي با دانسيته ي بالا و پوش شهاي جاذب رادار مورد استفاده قرار ميگيرند. خاصيت فركانس جذب رزونانس در رِنج GHz براي اين ماده بالاتر از هزار برابر فريت اسپينلي مي باشد.
بنابراين اين ماده كاربرد خوبي به عنوان ماده جاذب در ميدا نهاي با دانسيته ي بالا مي باشد.
از خواص جالب و شديداً كاربردي اين ماده اين است كه اگر به صورت آمورف باشد غير مغناطيسي، اگر نانو ساختار باشد مغناطيس نرم و اگر به صورت كريستالي (به حالت بالك) باشد مغناطيس سخت است.{٦}
هگزافريت ها با توجه به فرمول شيميايي و ساختار كريستالي شان به پنج دسته تقسيم مي شوند :
1) نوع M با فرمول شيميايي (19Ba Fe12 O)
2) نوع W با فرمول شيميايي (27Ba Me2 Fe16O)
3) نوع X با فرمول شيميايي (46Ba2 Me2 Fe28O)
4) نوع Y با فرمول شيميايي (22Ba2 Me2 Fe12 O)
5) نوع Z با فرمول شيميايي (41Ba3 Me2 Fe24 O)
در دسته بندي ديگر فريت ها به ٣ دسته تقسيم بندي مي شوند:
1) فريت هاي مكعبي (3Meo . Fe2O) (مغناطيس نرم).
2) فريت هاي هگزا گونال (3Meo . 6Fe2O) (مغناطيس سخت).
3) گارلنت ها (12R3 Fe5O) (مغناطيس سخت).
هگزافريت باريم داراي يك ساختار هگزاگونال كُمپلكس مي باشد و جزء ساختارهاي مگنتوپلامبيت ميباشد. مگنوپلامبيت ها از نوع 3A2+O1. 6B23+O مي باشد. ترتيب قرارگيري ١٢ يون 3+Fe در سلول واحد به صورت زير است:
ـ دو يون در سايت هاي تتراهدرال (با ٤ ترالكترين همسايه 2-O ) ـ ٩ يون در سايت هاي اكتاهدرال (با ٦ ترالكترين همسايه 2-O ) ـ ١ يون در سايتهاي هگزاگونال (با ٥ ترالكترين همسايه 2-O ){٢}
مواد از اين نوع داراي جهت گيري مغناطيسي تك محوري قوي مي باشند كه يك مغناطيس دائمي را ايجاد مي كنند. تصاوير تئوري گزارش شده براي وادارندگي مغناطيسي، مغناطيس اشباع و دماي كوري براي هگزافريت باريم خالص و تك دومين به ترتيب عبارتند از: emur Oe72 وC ْ ٤٥٠.
هگزافريت باريم به طور گسترده اي در ساخت مغناطيس هاي دائم تجاري، ذخيره كننده هاي اطلاعات رايانهاي، دستگاههاي ضبط نوري مغناطيسي، مايعات مغناطيسي و دستگاه هاي ميكروويو استفاده مي شود.
براي بيشتر وسايل ذخيره اطلاعات معيارهاي مطلوب شامل مغناطيس اشباع بالا، پايداري شيميايي و ساختاري بالا و هزينهي كم ميباشند، براي مسايل ضبط اطلاعات مثل ، هارد ديسك ها، فلاپي ديسك ها و نوارهاي ويدئوي از وادارندگي بالا به منظور دستيابي به خاصيت ضبط مجدد بهتر اجتناب مي شود. اگر چه براي مواد مورد استفاده در ك ارتهاي اعتباري و كارت هاي كرديت (Credit Card) وادارندگي بالا براي كاهش خطر آلودگي اطلاعات در هنگام مواجهه ماده با ميدا نهاي مغناطيسي سرگردان مطلوب ميباشد.{٦}
از طرفي در فرم ذرات ريز، فريت باريم براي وسايل ضبط عمودي با دانسي تهي بالا مناسب است. ذرات فوق ريز باريم با توزيع اندازه ذرات باريك براي افزايش ظرفيت ذخيره ي اطلاعات و همچنين كاهش سَر و صِداي دستگاه مطلوب است. به منظور دستيابيبه قابليت ضبط حجم بالايي از اطلاعات مانند HDTV ها ، موادي با وادارندگي بالاي مغناطيسي و به صورت ذرات ريز مورد نياز است.
از اين جهت ديسك هاي ذ خيره اطلاعات ساخته شده از فريت باريم كه داراي انداز ه ذرات بسيار ريز » قطر D = 30-40 nm « و نسبت سطح به حجم » aspect ) 3.4-4 =(ratio « و با وادارندگي بالا » HC = 1750-2060 Oe « مي باشد امكان ذخيره ي اطلاعات با دانسيته ي بالا را فراهم مي آورد.
در مقايسه با نوارهاي ضبط پيشرفته ساخته شده از پودر فلزات، نوارهاي ضبط پيشرفته ساخته شده از فريت باريم داراي نسبت » « بالاتر است و قابليت ساپُرت دانسيته هاي تا بالاي KFCi را داراست، به عنوان مثال مي توان به فلاپي ديسك هاي توشيبا و ديسك هاي نرم DAT سوني اشاره كرد. البته لازم به ذكر است كه ناهمسانگردي تك محوري بالاي فريت باريم خالص مانع كاربرد آن در دستگاه هاي ذخيره ي مغناطيسي مي شود. در نتيجه معمولاً يك فاز خالص با كاتيون هاي متفاوت به منظور كاهش ناهمسانگردي مغناطيسي در اين گونه مواد اضافه مي شود. روش هاي گوناگوني براي ساخت ذرات فريت باريم خالص (undoped) و ناخالص (doped) گسترش يافته اند. از جمله موادي كه به همين منظور استفاده مي شود جايگزينZn – Snبه جاي فريت باريم ميباشد، و مادهاي كه تحت اين شرايط حاصل مي شود داراي فرمول شيميايي 19x£1.1) BaFe12-2xZnxSnxO£o) مي باشد و داراي اندازهي ذرات بسيار ريز مي باشد. نوع ديگر از هگزافريتها، هگزافريت استرانسيم مي باشد كه نسبت به هگزافريت باريم داراي خواص اندكي بالاتر ميباشد. مثلاً، دماي كوري C ٤٧٠ برابر هگزافريت باريم و ناهمسانگردي كريستالي در حد ٢٠ KOe در امتداد محور C در مقايسه با ١٧ KOe براي هگزافريت باريم. شايان ذكر است كه خواصي همچون هدايت الكتريكي و حرارتي و رفتار نوري، الكتريكي و مغناطيسي در فرم فيبري ماده مناسب تر و بهترند، كه اين به خاطر آن است كه فيبرهاي ريز به طور مؤثري در يك بعد عمل مي كنند و به صورت پودرهاي ريز هموژن يا قطعات يكپارچه زينتر شده عمل خواهند كرد. قابل توجه است كه شدت مغناطيسشوندگي زماني كه ميدان به صورت موازي با جهت فيبرها اعمال مي شود بزرگتر از زماني است كه جهت ميدان عمود بر جهت گيري فيبرهاست. در ميان سراميك هاي مغناطيسي، فريت ها تنها سيستم هايي هستند كه به علت رفتارشان به طور گسترده اي در حالت نانو كريستالي مطالعه شده اند. فريت هاي نرم براي كاربردهاي فركانس بالا مناسب ترند. فريت هاي سخت براي ساخت مغناطي سهاي دائمي مناسبند. ذرات نانو فريت خواص مغناطيسي بسيار متفاوتي با حالت بالك دارند. تانگ و همكارانش (١٩٩١) در رابطه با تغيير دماي كوري وقتي ابعاد سيستم كاهش مي يابد تحقيق كرده اند.براي ذرات نانو كريستالي فريت منگنز كه توسط روش هاي شيميايي تهيه شده اند مطالعات نشان داده است كه دماي کوري با كاهش اندازه ي ذرات تا ابعاد نانو افزايش مي يابد
2

فصل سوم: نانو مواد

با توجه به اهميت موضوع نانو مواد- زيرا که در اين تحقيق روي يکي از انواعمتداول نانو مواد مغناطيسي بحث مي کنيم- به اين مبحث به صورت کاملا تيتروار و کلي براي درک يک ديدگاه از مفهوم نانو مواد پرداخته شده است. مطالب اين مبحث به جهت يکپارچه بودن از مرجع دوم تماما انتخاب شده است.
اتم ها و مولكول ها قسمت هاي اصلي همه اشيا هستند. چگونگي بناشدن اشيا با اين قسمت هاي اصلي بر روي خواص و عمل متقابل آن ها تاثير بسزايي دارد. نانوتكنولوژي در واقع به خودآرايي اتم ها، مولكول هاي منفرد و يا تبديل خوشه هاي مولكولي به ساختار ها اشاره دارد و در حال توسعه روش هاي جديد براي ساخت مواد و ابزار با خواص جديد و متفاوت مي باشد. نانوتکنولوژي در حال توسعه روش هاي جديد براي کنترل و آناليز مواد است. ازاواخر دهه ٩٠، نانوتكنولوژي به عنوان يك رشته ي جديد با نويد هاي چشمگيري مورد توجه عموم قرارگرفت. مزيت بالقوه آن بر روي جامعه در مقابل اثر سيليكون و پلاستيك ها، قابل سنجش و مقايسه است و براحتي مي توان به توانايي اين تکنولوژي اعتماد کرد. اين معبر كوچك جديد موجب دستكاري مواد پيش از اين منجر به حوزه هاي تحقيقاتي جديد و گسترش محصولاتي نوين شده است كه در حال حاضر به صورت تجاري موجودند.
همه مواد مرسوم مانند فلزات، نيمه رساناها، شيشه، سراميك يا پليمرها مي توانند به عنوان ماده اي با مقياس نانو در آيند. گستره نانو مواد را مي توان در حوزه هاي آلي و غير آلي، ذرات آمورف و بلوري كه به صورت ذرات منفرد، توده اي، پودرها يا پراكنده شده در يك زمينه به صورت کامپوزيتي، فوق كلوئيدي، سوسپانسيون، امولسيون، نانو لايه ها و نانوفيلم ها تا طبقه فولرن ها و مشتقات آن تقسيم بندي كرد. همچنين ساختار هاي سوپر مولكولي مانند دندريمرها، ميسل ها يا ليپوزوم ها نيز متعلق به محدوده ي نانو مواد هستند.
عموما راه هاي متفاوتي براي دسته بندي نانو مواد وجود دارد که بعضي از اين راه ها در جدول ٣-١ خلاصه شده است. { ٢}

فصل چهارم: روش هاي توليد نانو پودرها و نانو پ ودر هگ زا فري ت

در اين جا ابتدا به روشهاي كلي توليد نانو پودرها به صورت مختصر پرداخته ميشود سپس رو شهاي عمده مورد استفاده براي توليد نانو پودر هگزافريت باريم به طور جداگانه شرح داده مي شوند. دو روش عمده براي توليد نانو مواد شامل روش بالا به پايين و پايين به بالا وجود دارد. اين بدان معنا است كه مي توان يك ساختار نانو مغناطيسي را با جمع كردن و چيدن اتم ها و با شكستن و فرسايش ذرات درش تتر تهيه كرد شكل (٤-١).{٦}
بنابراين براي سنتز مواد نانو مقياس نياز به تلفيق روشهاي شيميايي و فيزيكي مختلفي است. هر دو روش مي تواند در حالت جامد، مايع و گاز انجام شود. بيشتر توليدكنندگان درصدد كنترل اندازه ذرات، توزيع و دماي كلوخه اي شدن ذرات هستند. از روش بالا به پايين، آلياژ سازي مكانيكي و پايين به بالا، روش سل ژل، رسوب شيميايي و … را ميتوان نام برد. براي توليد نانو ذرات رو شهاي بسيار متنوعي وجود دارد كه در زير به طور مختصر به آن ها مي پردازيم.
روش هاي حالت گاز
اين روش مبتني بر تشكيل خوش ههاي كوچكي از ات مهاست و از متراكم شدن اين خوشه ها نانوپودر توليد مي شود. تراكم خوشه ها زماني كه بخار فوق اشباع شود و در داخل آن خوش ههاي اتمي تشكيل شده باشند رُخ ميدهد. در اين روش به كنترل دقيق شرايط سنتز، توانايي كنترل اندازه، شكل و تركيب شيميايي پودر بالاست. مزاياي ذاتي اين روش عبارتند از:
ـ كنترل دقيق اندازه، شكل، درجه بلوري بودن و تركيب شيميايي پودر و حاصل ـ خلوص بالا محصول نهايي ـ كنترل راحت مكانيزم هاي واكنش
روش هاي حالت گاز عبارتند از v ١) رسوب شيميايي بخار١ رسوب شيميايي بخار (CVD)، عبارت است از فعال كردن يك واكنش شيميايي بين لايه هاي سطحي و يك پيش ماده گازي، فعال سازي مي تواند هم با دما (دماي CVD) و هم با پلاسما انجام شود. از مزاياي اين پروسه شيب بدون جهت آن ميباشد بسته به كاربرد مورد نظر، ميتوان با كنترل شرايط پودري با تركيب همگن و يا غير همگن ذرات در درون CVD همگن سنتز كرد، در روش CVD همگن، ذرات در درون فاز گاز تشكيل شده و به دليل نيروي محركه ناشي از گراديان دمايي به طرف بيرون رشد ميكنند. ولي در روش CVD غيرهمگن جامد روي سطح يك زير پايه كه نقش كاتاليزور را دارد تشكيل مي شود. روش CVD به طور وسيع براي توليد نانو لوله هاي كربني استفاده مي شود.
v ٢) سنتز از فاز گاز در كوره
در اين روش از يك كوره استفاده مي شود. با استفاده از انرژي حرارتي به روش كولي الكتريكي و با توسط اشعه الكتروني اتمهاي ماده اوليه بخار شده و وارد محيط رآكتور مي شوند. اتمسفر محيط، خنثي و يا حاوي گاز واكنش دهنده است.
1 Chemical Vapour deposition(CVD)
براي مواد با فشار بخار پايين، از ماده آغازين مناسبي مانند تركيبات آلي ـ فلزياستفاده مي شود اتم هاي داغ بخار شده از ماده آغازين با ايجاد جوانه همگن سبب كاهش انرژي سيستم شده و در نهايت متراكم ميشوند. شكل ٤-٢ عامل محرك رشد جوانههاي ايجاد شده، فوق اشباع ماندن ناحيه بخار است. با كنترل سرعت خروج جوانه ها از محيط فوق اشباع مي توان اندازه ذرات را كنترل كرد.

بيان ساده اي از سنتز مواد نانو سايز از فاز گاز

بيان ساده اي از سنتز مواد نانو سايز از فاز گاز

فصل پنجم: بررسي رفت اراحي ايي هگزافريتب اريم با نانو كريستال هاي آهن فلزي

ساخت پودرهاي مغناطيسي بسيار ريز براي كاربردهايي مثل ذخيره سازي مغناطيسيو مايعات مغناطيسي كانون توجه بسياري در سالهاي اخير بوده است. ذرات آهن فلزي به عنوان محيط مغناطيسي براي توليد ديس كهاي ذ خيرهسازي و به علت وادارندگي و گشتاور مغناطيسي بالا مورد توجه قرار گرفته اند.
بسياري از محققين روش توليد ذرات فلزي بسيار ريز و خواص مغناطيسي آنها را مورد مطالعه قرار داده اند و تكنيك هاي گوناگوني مثل پروسه هاي مكانيكي شيميايي و غيره را مورد استفاده قرار دادهاند.
ابراهيمي و همكارانش پروسههاي هيدروژنه و كلسينه كردن را براي تركيبات پودري هگزافريت استرانسيم انجام داده اند و دريافتند كه هگزافريت استرانسيم به 3Fe2O و
22Sr7Fe10O تجزيه مي شود كه اين تركيبات به Fe و FeO احياء مي شوند.
وادارندگي دانيستيه بعد از عمليات هيدروژن كردن حاصل مي شود در حالي كه اين مقدار بالكيسنه كردن در هوا افزايش مي يابد. مغناطيسي اشباع و پ سماند بعد از كلسينه كردن تقريباً با حالت اوليه فريتي برابرند در حالي كه وادارندگي افزايش مي يابد.
در طول عمليات احياء مقادير زيادي زير دانه با رفتار مغناطيسي همانند مواد تك حوزه و وادارندگي خيلي بالاتر بعد از عمليات حرارتي حاصل مي شود. همچنين دماي عمليات حرارتي اپيتم بايد به حدي باشد كه فاز هگزافريت باريم اصلاح گردد در غير اين صورت رشد دانه نامطلوبي در دماهاي بالاتر صورت مي گيرد در حضور اتمسفر گاز نيتروژن، درجه احياء پانيسيته صورت مي گيرد كه مانع تشكيل فاز مغناطيسي مي شود.
به علت طبيعت مغناطيسي نرم تر فاز آهن مغناطيسي، يك كاهش چشم گير در وادارندگي ذاتي مشاهده مي شود. همچنين در اتمسفر هيدروژن بعد از انجام عمليات مقادير بالاتر MS (مغناطيس اشباع)، Mr و HC (وادارندگي) مشابه با پودر هگزافريت استرانسيم اوليه حاصل مي شود. همان طور كه در بالا ذكر شد، رشد و توسعه نانو ذرات مغناطيسي از اهميت بالايي برخوردارند و بايد به طور دقيقي مطالعه شوند. از اين جهت در اين جا احياء در محيط هيدروژن هگزافريت باريم با دو هدف بررسي مي شود. براي درك رفتار احيايي و مكانيزم واكنش سينيتيكي اين نوع فريت و اثر آن روزخواص مغناطيسي و در نظر گرفتن احياء 19BaFe12O به عنوان منبعي براي ساخت پودر آهن مغناطيسي بسيار ريز. در زير ابتدا روش ساخت و آزمايشات انجام شده را به طور خلاصه ذكر كرده و سپس به بررسي نتايج به دست آمده مي پردازيم. روش سراميكي براي آماده سازي پودر 19BaFe12O استفاده مي شود. نسبت هاي استوكيومتري مناسب از كربنات باريم و اكسيد مزيك به طور دستي در يك هاون به خوبي مخلوط مي شدند. مخلوط خشك مي گردد و سپس در C ْ ١٢٠٠ به مدت ٢ ساعت مشتعل مي گردد. وزن هاي مساوي از پودر فريت توليدي به خش تههايي با قطر ١ سانتي متر و وزن ٣ گرم كه در ١٠٥ سانت يگراد خشك مي گردند فشرده ميشود. احياء خش تههاي هگزافريت باريم در دماهاي ٦٠٠، ٧٠٠، ٨٠٠، ٩٠٠ و ١٠٠٠ درجه سانتي گراد در اتمسفر گاز هيدروژن (١٠٠ درصد هيدروژن) انجام ميگيرد. در مرحله احياء ميزان گرما و كاهش وزن به وسيله تكنيك كاهش وزن و با استفاده از يك ترازوي حساس اتوماتيك مجهز به يك كوره تونلي عمودي انجام مي شود. يك سيستم خالص سازي گاز براي حصول گاز هيدروژن با خلوص ٩٩% استفاده مي شود. فازهاي شكل گرفته بعد از پروسه احياء به وسيله آناليز فازي اشعه ايکس با استفاده از مس فيلتر شده با نيكل در ٤٠ كيلووات و ٣٠ ميلي آمپر انجام مي گيرد.
ريز ساختار به وسيله ميكروسكوپ SEM و خواص مغناطيسي توسط دستگاه مغناطيسي سنج نمونه ويبره١ بررسي مي شوند. در هر آزمايش و پس از اين كه كوره تا دماي مورد نظر گرم شده خشته فريت داخل يك سبد آويزان روي يك ترازو قرار گرفته و سپس در ناحيه مياني كوره تونلي جا داده مي شود در داخل كوره ابتدا جرياني از گاز نيتروژن خالص شده و برقرار ميشود و سپس بعد از گذشت دقايقي از انجام عمليات مخلوط گازي احياء وارد مي شود در حالي كه جريان گاز نيتروژن قطع ميگردد. خشته در محيط احيايي تا رسيدن به يك وزن ثابت نگهداريمي شود. در هنگام سرد كردن، گاز احيايي با نيتروژن جايگزين شده و در همين هنگام نمونه به طرف قسمت بالايي تونل واكنش هدايت شده و از ناحي هي گرمايي خارج ميگردد. بعد از اين كه درجه حرارت به كمتر از٢٠٠ درجه سانتي گراد در سير، نمونه داخل استون خالص كوئنچ مي شود.

فص ل شش م: روش توليد هگزافريت باريم با ميك رو حفره هاي ساختاري و دانسيته كم و بررس ي تأثير عمليات حرارتي بعدي روي خواص آن

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید


نتيجه گيري و پيشنهادات…………………………………………………87
مراجع…………………………………………………………………………88
چکيده انگليسي…………………………………………………………. ٩١

فهرست جدول ها

١: توليد سالانه فريت در جهان بر حسب كيلوگرم……………………………….. ٦
١-١: حساسيت مولي مغناطيسي تعدادي از مواد ديا مغناطيسي …………..١٣
١-٢: حساسيت مولي مغناطيسي تعدادي از مواد پارامغناطيس……………. ١٣
-٣: خ واص مغناطيس ي حال ت پاي ه اي برخ ي از ترکيب اتمغناطيسي ……19
١-٤: خ واص در حال ت پاي ه و ميک رو مغناطيس ي برخ ي از م وادمغناطيسي ………………………………………………………………………………………20
١-٥: خواص بيروني برخي از مواد بالک مغناطيس…………………………… ٢٠
٣-١: طبقه بندي نانو مواد نسبت به پارامترهاي مختلف……………………. ٣٣
٣-٢: خواص نانو مواد …………………………………………………………….٣٦
٤-١: متغيرهاي آسيا كردن………………………………………………………. ٥٦
٥-١: خواص مغناطيسي آهن فلزي تشکيل شده در دماي اتاق…………… ٧٣

فهرست شکل ها

١: نمايش تقسيم بندي ساده اي براي سراميك هاي الكترونيكي…………….. ٥
١-١: نمايش حلقه پسماند مغناطيسي…………………………………………….10
١-٢: در هردانه بردارهاي مغناطش حوزه ها در امتداد جهت آسان…………………11
١-٣: پديده كشساني مغناطيسي…………………………………………………. ١٧
٢-١: بلوك S يا ساختمان اسپينلي وقتي كه در امتداد [ ١١١]………………….. ٢٦
٣-١: تصاوير از ساختارها و اشکال متفاوت نانومواد………………………………. ٣٩
۴-١: بيان ساده اي از فرآيند توليد پودر به روش بالا به پايين وپايين…………….. ٤١
۴-٢: بيان ساده اي از سنتز مواد نانو سايز از فاز گاز…………………………….. ٤٣
۴-٣: بيان ساده اي از روش چگالش بخارات شيميايي (CVC) ……………………٤٥
۴-٧: زمان ژل شدن بر حسب دما در غلظت ١/٠ مول براي آهن……………….. ٤٩
۴-١٠: آسياب گلوله اي سياره اي …………………………………………………..٥٢
٤-١١: آسياب غلتشي………………………………………………………………. ٥٢
۵-١: آناليزXRD پودر هگزا فريت باريم توليدي………………………………………. ٦٥
۵-٢: ميكروگراف SEM پودرتوليدي………………………………………………….. ٦٥
۵-٧: آن اليز XRD ب راي خش ته ه اي ب ه ط ور جزئ ي احي اء ش ده در…. ٦٨
۵-٨: آن اليز XRD ب راي خش ته ه اي ب ه ط ور جزئ ي احي اء ش ده در…. ٦٨

ABSTRACT
Barium hexaferrite (BaM), BaFe12O19, is a well-known permanent magnet with great technical importance attracted an extensive attention for the last few decades. It has a magnetoplumbite-type structure (hexagonal) with fairly large crystal anisotropy along c-axis (a = b = 5.892 Å & c = 23.18 Å). It has also high intrinsic coercivity (6700 Oe), large saturation magnetization (72 emu/g) and high Curie temperature (450 ˚C). It is widely used in the fabrication of commercial permanent magnets, computer data storage, high-density perpendicular magnetic and magneto optic recording, magnetic fluids and certain microwave devices.
The powder particle characteristics i.e. homogeneity, morphology and magnetic properties are influenced significantly by the synthesis method. In order to achieve highly homogeneous ultra-fine particles, various techniques such as co-precipitation, hydrothermal, sol–gel, micro-emulsion, glass crystallization, sonochemical and mechanochemical activation were used to synthesize barium hexaferrite



  مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان