مقدمه

زمانی که استفاده از امواج رادیویی به عنوان وسیله ی کارآمد برای برقراری ارتباطراه دور میسر گردید، اکثر ادوات و اسبا بهای مورد استفاده در ساخت گیرنده ها و فرستنده های امواج رادیویی حجیم و از لحاظ کارآیی الکترونیکی و استحکام مکانیکی، ضعیف بودند. با گسترش روزافزون استفاده از امواج رادیویی، نیاز به ادوات کوچک تر، کارآمدتر و با دوام تر، بیش از پیش احساس می گردید. شاید بتوان گفت که اوج نیاز به چنین ادوات و ابزاری در جنگ جهانی دوّم به وجود آمد. لازم بود که از حجم سیم پیچ ها، مدارهای تزویج و مبدّل ها که در دستگاه هایی نظیر رادار کاربرد فراوانی داشتند، کاسته شود و به طور همزمان بازدهی و حساسیّت ادوات مزبور، در مدارهای الکترونیکی و مخابراتی افزایش یابد. تلاش های به عمل آمده برای تأمین نیازهای مزبور، منجربه ساخت ادواتی گردید که بعداً مغناطیس های سرامیکی نامیده شدند. مهم ترین خاصیّت مغناطیس های سرامیکی، بزرگ بودن مقاومت ویژه آنها نسبت به مغناطی سهای فلزی است. به همین جهت می توانند با کوچک نگاه داشتن جریا نهای گردابی و اتلاف ناشی از آن، در مدارهای مغناطیسی مخصوص فرکانس های بزرگ مورد استفاده قرار بگیرند. کارهای ابتدایی و پایه ای برای گسترش و حل مسائل مغناطیس ها، غالباً در نیمه ی اوّل قرن بیستم انجام شده اند. ابتدا در سال ١٩٢۵ میلادی به وجود اسپین الکترون پی برده شد.
در سال ١٩٢٧ میلادی، رفتار تأثیرپذیری مغناطیسی برای بسیاری از اجسام توسط، تابع بریلئون، تشریح گردید. هایزنبرگ در سال ١٩٢٨ میلادی، اساس نیروهای تبادلی را فرمول بندی نمود. سپس لاندائو ولفیشتین، ذرات تک حوزهای و ساختمان حوز ههای مغناطیسی را معرفی کردند. نیل در سال ١٩۴٨ میلادی، مطالب نظری مختلفی را برای توجیه رفتارهای مغناطیسی فریتها، ارائه نمود. روش ساخت فریت های اسپینلی نرم در طی سال های ١٩٣٣ تا ١٩۴۵ میلادی، به طور قابل توجهی تکمیل گردید. فریت سخت باریم در سال ١٩۵٢ میلادی ساخته شد. در طی سال های بعد تکامل چشم گیری در روش های ساخت و استف ادهی وسیع از مغناطی سهای سرامیکی در مدارهای الکترونیکی و مخابرات رُُخ داد. (در تحقیق حاضر به بررسی خوّاص و ساختار کاربردهای یک نوع فریت مغناطیسی به نام هگزافریت باریم 3Bao.6Fe2O می پردازیم و نقش پارامترهای مختلف را بر روی ساختار نهایی و خواص این ما دهی مغناطیسی مهم بررسی می نماییم. همچنین روش های مختلف تولید این ماده را به طور خلاصه مورد بررسی قرارمی دهیم).{١}
سرامیک های مغناطیسی که تماماً ترکیبات آهن دار می باشند بخش عظیمی از صنعت مغناطیس را به خود اختصاص می دهند. تقریباً ۴٠ درصد از مجموع میزان فروش مواد مغناطیسی در ایالات متحده آمریکا را فریت ها تشکیل می دهند که با وجود پیش رفتهای مداوم در مواد جدید، مصرف فریت ها هنوز رو به افزایش است. تولید جهانی هگزافریت های نوع Mبیش از نیمی از تولید فریت های سخت را به خود اختصاص داده اند. هگزافریت های زینتر شده در موتورها، ژنراتورها و وسائل رباینده و نگهدارنده (مانند چنگک جرثقیل های مغناطیسی)، میکروفون ها و وسائل ایجاد جریان گردابی، کاربرد وسیعی دارند به طوری که تناژ تولیدات آهن رباهای دائمی در این زمینه ها حدود ٩٧% کُل آهن رباهای دائمی تولید شده در جهان را به خود اختصاص می دهد. یکی از کاربردهای وسیع هگزافریت های ناهمسانگرد در بلندگوها می باشد.{٢}
پلاستوفریت ها شکل دیگری از کاربرد هگزافریت ها در صنعت مغناطی س به شمار می آیند که در آن پودر فریت در داخل یک ماده پُلیمری تلقیح می شود و بدین ترتیب می توان آهن رباهایی با شکل و اندازههای مختلف برای موارد خاص مانند درهای یخچال، تخته های نقش هکِشی، اسبا ببازی ها و غیره تهیه نمود.
اکسید آهن گاما، دیاکسید کُرم (3(Cr2O، فریتهای هگزاگونال و پودرهای فرو مغناطیس از قبیل پودر آهن کاربرد وسیعی در محیط های ذخیره ی اطلاعات دارند. تحقیقات نشان داده است که هگزافریت باریم مادهی مناسبی برای استفاده در محیط های ذخیره ی اطلاعات با چگالی بالا میباشد. به منظور حداقل کردن پاک شوندگی احتمالی اطلاعات در کارت های اعتباری، کارت های شناسایی و کارت های کنترلی از هگزافریت باریم با وادارندگی مغناطیسی بالا حدود ٣١٨.٣ تا ٢٣٨.٧ Oe استفاده می شود.{٣}
این مواد همچنین ماده مناسبی برای لوح فشرده نرم و س خت، نوارهای ویدئویی و ضبط به شمار می آیند. لوح های فشرده ن رم ۵.٣ ن و ار Hi-٨ mm و نواره ای ن رم ش رکتس ونی مث اله ایی از ک اربرد ص نعتی هگزافری ت ب اریم م یباش د. وادارن دگی مغناطیس ی،مغناطی س پس ماند و مغن اطیس اش باع هگزافری ت ب اریم تولی د ش ده توس ط کمپ انی ت دا، ب رایاس تفاده در ل و ح فش رده س خت ب ه ترتی ب emur ،۶٢۵ Oe ٢۶.٢١ و emur ی باشد. تهیه و بررسی خوّاص لایه های نازک هگزافریت باریم برای استفاده در محیط ه ایذخیره شده اطلاعات همچنان موضوع مورد تحقیق می باشد.

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

فهرست مطالب

چکیده…………………………………………………………………..1
مقدمه…………………………………………………………………….2

فصل اول: کلییات

هر آهن رُبا در فضای اطراف خود اثراتی دارد که این فضا را میدان مغناطیسی آهن ربا گویند. میدان مغناطیسی مانند میدان های الکتریکی و جاذبه تولید میدان نیرو می کند. میدان مغناطیسی می تواند به وسیله ی حرکت بار الکتریکی و با توسط یک آهن رُبای دائم ایجاد شود. در آهن رباهای دائمی هیچ جریان الکتریکی وجود ندارد بلکه حرکت های چرخشی و وضعی الکترو نها در داخل اتمها منجربه مغناطیسی شدن ماده و ایجاد میدان مغناطیسی در اطراف آن می گردد. در سیستم واحد cgs شدت میدان، H برابر با تعداد خطوط نیروست که از واحد سطح عمود بر عبور می کند. اگر یک قطعه آه نرُبا نشده را نزدیک یک آهن ربا قرار دهیم به علت انرژی میدانی که به وسیل ه آه نربا ایجاد می شود و قطعه خاصیت مغناطیسی پیدا می کند، به همین دلیل به H نیروی مغناطیس کننده نیز می گویند. {١}
القای مغناطیسی١
پاسخ محیط به میدان (H) را با القاء یا شار مغناطیسی (B) نشان می دهند. اگر به یک قطعه مغناطیس نشده میدان اعمال شود به این قطعه میدان مغناطیسی القاء میشود و قطب های مغناطیسی تشکیل میشوند. رابطه بین B و H به قرار زیر است:
B = μоH (در محیط خلاء)
که یک رابطه ی خطی است و μо نفوذپذیری مغناطیسی خلاء میباشد. در مواد فرو و فری مغناطیسی، شار مغناطیسی با H رابطه ی خطی ندارد و به صورت زیر است:
B = μH μ نفوذپذیری مغناطیسی ماده است و لزوماً ثابت نیست. {۵}
1 Magnetic Induction
v شدت مغناطش١
تعداد گشتاورهای مغناطیسی در واحد حجم ماده را شدت مغناطیسی می گویند و به صورت زیر نشان میدهند : M=m/V که M گشتاور مغناطیسی، m حجم ماده و v شدت مغناطیسی می باشد. در سیستم SI واحد برابر 3erg می باشد که به اختصار 3emu نوشته می شود. مغناطیس جرمی مغناطیس ویژه) به صورت زیر تعریف می شود:
s=mw=mrv=Mr (emur)
رابطه ی بین سه پارامتر اصلی مغناطیس H M B در سیستم CGS به صورت زیر تعریف می شود: B = M (H + M)B بر حسب تسلا و H بر حسب آمپر بر متر {Am} می باشد. {۴}
v حلقه پس ماند مواد مغناطیسی٢
وقتی به ماده ای میدان مغناطیسی اعمال می شود گشتاورهای آن ماده در جهت میدان قرار میگیرند، زمانی که همه ی گشتاورهای ماده در جهت میدان قرار گرفتند مغناطیس به حالت اشباع می رسد تا نقط هی عطف مغناطیس برگشت پذیر است، ولی بعد از نقطه ی عطف اگر میدان معکوسی اعمال شود تا میدان به صفر برسد مقداری از گشتاورها در جهت میدان اعمالی منحرف می شوند و مقداری از آنها نیز در جهت میدان باقی می مانند که نمایانگر پس ماند مغناطیسی Magnetic Remanence) Br) می باشند. پس ماند مغناطیسی، نشان دهند هی مقدار القای مغناطیسی است که در جسم باقی می ماند.
میدان منفی لازم برای به صفر رسانیدن گشتاور خالص مغناطیس در ماده را نیروی وادارندگی مغناطیسی (Magnetic CoerciveForce) می نامند. {4}
شکل ١-١: نمایش حلقه پسماند مغناطیسی. بزرگ بودن سطح این حلقه در یک جسم سبب بزرگ شدن اتلاف انرژی هنگام اعمال میدان مغناطیسی متناوب به جسم می گردد.
v تأثیرپذیر مغناطیسی Xm ١ تأثیرپذیری مغناطیسی (پذیرفتاری مغناطیسی) برای مواد مختلف به صورت نسبت مغناطش به شدت میدان مغناطیسی تعریف می شود{4}.
v حوزه ی مغناطیسی٢ یک حوزه ی مغناطیسی، قسمتی از جسم مغناطیسی می باشد که تمام گشتاورهای مغناطیسی موجود در آن قسمت، با یکدیگر موازی هستند. جهت بردار مغناطیس هر حوزه با جهت بردار مغناطیس حوزههای مجاورش متفاوت میباشد. جهت بردارهای مغناطیسی حوزه های مجاور، نسبت به یکدیگر، در امتدادهایی قرار می گیرند که انژری برهم کنش مغناطیسی به حداقل برسد. در واقع علت به وجود آمدن حوزه های مغناطیسی، کاهش انرژی مغناطیسی است در هر حوزهی مغناطیسی، گشتاور تمام اتم های مغناطیسی تحت اثر برهمکنش تبادلی در یک راستا قرار دارند. اگر حجم فرو مغناطیس باشد کلیه گشتاورهای مغناطیسی هم جهت هستند. در اجسام فری مغناطیسی، گشتاور مغناطیسی اتم های متعلق به شبکه های فرعی مختلف، با یکدیگر پاد موازی می باشند. هر حوزه دارای یک بردار مغناطیس خود به خودی است که در جهت آسان مغناطیسی حوزه قرار دارد.
شکل ١-٢: در هردانه بردارهای مغناطش حوزه ها در امتداد جهت آسان قرار دارند v دیواره مغناطیسی در اطراف هر حوزه ی مغناطیسی، یک مرز برای جدا نمودن آن حوزه از سایر حوزه ها وجود دارد که این حوزه را دیواره ی حوزه می نامند. تفاوت عمده ی حوزه ها یکسان نبودن جهت میباشد. به همین دلیل جهت در دو طرف دیوارهی مغناطیسی یکسان نیست.
در داخل دیواره، بردار از راستای مربوط به یک حوزه شروع به چرخش مینماید به طوری که پس از رسیدن به انتهای ضخامت دیواره در راستای مغناطیس حوزه مجاور قرار گرفته است، بر حسب مقدار و نوع چرخش دیوا رههای مختلفی به وجود میآیند که هر کدام ویژگ یهای مربوط به خود را دارند. {1} v حرکت دیواره های مغناطیسی اعمال میدان خارجی به حجم، سبب چرخش حوزه ها می گردد. چون حوزه ها توسط دیواره ها از یکدیگر جدا می شوند، حرکت نسبی حوزهها نسبت به یکدیگر، حرکت دیواره ها را به دنبال دارد. اگر چرخش حو زهها در یک جسم چند حوزهای، برگشت پذیر باشد، حرکت دیواره ها نیز برگش تپذیر است. چنانچه چرخش بعضی از حوزه ها برگشت ناپذیر باشد، حرکت دیواره ها مربوط به آن نیز برگشت ناپذیر است. {۴}
١-٢) تقسیم بندی مواد از لحاظ خاصیت مغناطیسی
از لحاظ خوّاص مغناطیسی و با توجه به چگونگی پاسخ به میدان مغناطیسی، مواد به دسته های مختلفی تقسیم بندی می شوند که در زیر آمده است :
الف) مواد دیا مغناطیسی ب) مواد پارا مغناطیسی پ) مواد فرو مغناطیسی ت) مواد پاد فرو مغناطیسی ث) مواد فری مغناطیسی
الف) مواد دیا مغناطیسی
در مواد دیا مغناطیسی Xm منفی و اندازه ی آن از مرتبه ی 5– 10 است. در مواد مزبور Xm تقریباً مستقل از دما و شدت میدان اعمال شده به جسم است. علت منفی بودن Xmدر مواد دیا مغناطیسی آن است که در این مواد تغییرات گشتاور مغناطیسی در حضور میدان مغناطیسی خارجی فقط ناشی از قانون » « است (طبق قانون لنز در اثر اعمال میدان مغناطیسی جریان القایی به گونه ای است که اثر تغییرات خارجی را کاهش دهد. بنابراین با افزایش یا کاهش میدان اعمالی سرعت حرکت الکترو نها به گونه ای که اثر میدان خارجی را تقلیل دهد افزایش یا کاهش مییابد و نکته ی مهم پایداری این وضعیت در صورت ثابت بودن شرایط میباشد.{١}
ب) مواد پارا مغناطیسی در این مواد Xm دارای مقدار ثابت است. مقدار Xm برای مواد پارا مغناطیسی در دمای اتاق بین4 – 10 تا 2– 10 می باشد. در مواد پارا مغناطیسی Xm تابع درجه ی حرارت است. در دماهای معمولی Xm وابستگی اندکی به شدت میدان اعمال شده دارد در حوالی صفر مطلق مواد پارا مغناطیس می توانند به اشباع مغناطیسی برسند. {١}
١-١) مروری بر خواص مغناطیسی مواد……………………………. ٨
١-٢) تقسیم بندی مواد از لحاظ خاصیت مغناطیسی…………… ١٢

فصل دوم: هگزا فریت باریم.

به طور کلی مواد مغناطیسی به دو دسته مواد مغناطیسی نرم و سخت تقسیمبندیمی شوند، که از جمله مواد مغناطیسی نرم می توان به NiFe (پرمالوی) و آلیاژهای FeNiCo اشاره کرد که کاربرد این مواد مغناطیسی نرم در مب دلها، القاگرها و ژنراتورها می باشد.
از جمله مواد مغناطیسی سخت نیز می توان به AlNiCo، فریت های Ba و Sr و خاکی های نادر اشاره کرد، که کاربردهای فراوانی از جمله در موتورها و یاتاقان های بدون اصطکاک دارند.
هگزافریت باریم با فرمول شیمیایی 19BaM) BaFe12O) یک ماده مغناطیسی با قابلیت های بالای علمی و تکنولوژیکی می باشد. از جمله خواص این ماده می توان به دمای کوری نسبتاً بالا، وادارندگی مغناطیسی بالا، ناهمسانگردی مغناطیسی قوی، پایداری شیمیایی و مقاومت به خوردگی خوب اشاره کرد. {۵}
در سال های اخیر این فریت هگزا گونال به طور گسترده ای در محی طهای ذخیره سازی با دانسیته ی بالا و پوش شهای جاذب رادار مورد استفاده قرار میگیرند. خاصیت فرکانس جذب رزونانس در رِنج GHz برای این ماده بالاتر از هزار برابر فریت اسپینلی می باشد.
بنابراین این ماده کاربرد خوبی به عنوان ماده جاذب در میدا نهای با دانسیته ی بالا می باشد.
از خواص جالب و شدیداً کاربردی این ماده این است که اگر به صورت آمورف باشد غیر مغناطیسی، اگر نانو ساختار باشد مغناطیس نرم و اگر به صورت کریستالی (به حالت بالک) باشد مغناطیس سخت است.{۶}
هگزافریت ها با توجه به فرمول شیمیایی و ساختار کریستالی شان به پنج دسته تقسیم می شوند :
1) نوع M با فرمول شیمیایی (19Ba Fe12 O)
2) نوع W با فرمول شیمیایی (27Ba Me2 Fe16O)
3) نوع X با فرمول شیمیایی (46Ba2 Me2 Fe28O)
4) نوع Y با فرمول شیمیایی (22Ba2 Me2 Fe12 O)
5) نوع Z با فرمول شیمیایی (41Ba3 Me2 Fe24 O)
در دسته بندی دیگر فریت ها به ٣ دسته تقسیم بندی می شوند:
1) فریت های مکعبی (3Meo . Fe2O) (مغناطیس نرم).
2) فریت های هگزا گونال (3Meo . 6Fe2O) (مغناطیس سخت).
3) گارلنت ها (12R3 Fe5O) (مغناطیس سخت).
هگزافریت باریم دارای یک ساختار هگزاگونال کُمپلکس می باشد و جزء ساختارهای مگنتوپلامبیت میباشد. مگنوپلامبیت ها از نوع 3A2+O1. 6B23+O می باشد. ترتیب قرارگیری ١٢ یون 3+Fe در سلول واحد به صورت زیر است:
ـ دو یون در سایت های تتراهدرال (با ۴ ترالکترین همسایه 2-O ) ـ ٩ یون در سایت های اکتاهدرال (با ۶ ترالکترین همسایه 2-O ) ـ ١ یون در سایتهای هگزاگونال (با ۵ ترالکترین همسایه 2-O ){٢}
مواد از این نوع دارای جهت گیری مغناطیسی تک محوری قوی می باشند که یک مغناطیس دائمی را ایجاد می کنند. تصاویر تئوری گزارش شده برای وادارندگی مغناطیسی، مغناطیس اشباع و دمای کوری برای هگزافریت باریم خالص و تک دومین به ترتیب عبارتند از: emur Oe72 وC ْ ۴۵٠.
هگزافریت باریم به طور گسترده ای در ساخت مغناطیس های دائم تجاری، ذخیره کننده های اطلاعات رایانهای، دستگاههای ضبط نوری مغناطیسی، مایعات مغناطیسی و دستگاه های میکروویو استفاده می شود.
برای بیشتر وسایل ذخیره اطلاعات معیارهای مطلوب شامل مغناطیس اشباع بالا، پایداری شیمیایی و ساختاری بالا و هزینهی کم میباشند، برای مسایل ضبط اطلاعات مثل ، هارد دیسک ها، فلاپی دیسک ها و نوارهای ویدئوی از وادارندگی بالا به منظور دستیابی به خاصیت ضبط مجدد بهتر اجتناب می شود. اگر چه برای مواد مورد استفاده در ک ارتهای اعتباری و کارت های کردیت (Credit Card) وادارندگی بالا برای کاهش خطر آلودگی اطلاعات در هنگام مواجهه ماده با میدا نهای مغناطیسی سرگردان مطلوب میباشد.{۶}
از طرفی در فرم ذرات ریز، فریت باریم برای وسایل ضبط عمودی با دانسی تهی بالا مناسب است. ذرات فوق ریز باریم با توزیع اندازه ذرات باریک برای افزایش ظرفیت ذخیره ی اطلاعات و همچنین کاهش سَر و صِدای دستگاه مطلوب است. به منظور دستیابیبه قابلیت ضبط حجم بالایی از اطلاعات مانند HDTV ها ، موادی با وادارندگی بالای مغناطیسی و به صورت ذرات ریز مورد نیاز است.
از این جهت دیسک های ذ خیره اطلاعات ساخته شده از فریت باریم که دارای انداز ه ذرات بسیار ریز » قطر D = 30-40 nm « و نسبت سطح به حجم » aspect ) 3.4-4 =(ratio « و با وادارندگی بالا » HC = 1750-2060 Oe « می باشد امکان ذخیره ی اطلاعات با دانسیته ی بالا را فراهم می آورد.
در مقایسه با نوارهای ضبط پیشرفته ساخته شده از پودر فلزات، نوارهای ضبط پیشرفته ساخته شده از فریت باریم دارای نسبت » « بالاتر است و قابلیت ساپُرت دانسیته های تا بالای KFCi را داراست، به عنوان مثال می توان به فلاپی دیسک های توشیبا و دیسک های نرم DAT سونی اشاره کرد. البته لازم به ذکر است که ناهمسانگردی تک محوری بالای فریت باریم خالص مانع کاربرد آن در دستگاه های ذخیره ی مغناطیسی می شود. در نتیجه معمولاً یک فاز خالص با کاتیون های متفاوت به منظور کاهش ناهمسانگردی مغناطیسی در این گونه مواد اضافه می شود. روش های گوناگونی برای ساخت ذرات فریت باریم خالص (undoped) و ناخالص (doped) گسترش یافته اند. از جمله موادی که به همین منظور استفاده می شود جایگزینZn – Snبه جای فریت باریم میباشد، و مادهای که تحت این شرایط حاصل می شود دارای فرمول شیمیایی 19x£1.1) BaFe12-2xZnxSnxO£o) می باشد و دارای اندازهی ذرات بسیار ریز می باشد. نوع دیگر از هگزافریتها، هگزافریت استرانسیم می باشد که نسبت به هگزافریت باریم دارای خواص اندکی بالاتر میباشد. مثلاً، دمای کوری C ۴٧٠ برابر هگزافریت باریم و ناهمسانگردی کریستالی در حد ٢٠ KOe در امتداد محور C در مقایسه با ١٧ KOe برای هگزافریت باریم. شایان ذکر است که خواصی همچون هدایت الکتریکی و حرارتی و رفتار نوری، الکتریکی و مغناطیسی در فرم فیبری ماده مناسب تر و بهترند، که این به خاطر آن است که فیبرهای ریز به طور مؤثری در یک بعد عمل می کنند و به صورت پودرهای ریز هموژن یا قطعات یکپارچه زینتر شده عمل خواهند کرد. قابل توجه است که شدت مغناطیسشوندگی زمانی که میدان به صورت موازی با جهت فیبرها اعمال می شود بزرگتر از زمانی است که جهت میدان عمود بر جهت گیری فیبرهاست. در میان سرامیک های مغناطیسی، فریت ها تنها سیستم هایی هستند که به علت رفتارشان به طور گسترده ای در حالت نانو کریستالی مطالعه شده اند. فریت های نرم برای کاربردهای فرکانس بالا مناسب ترند. فریت های سخت برای ساخت مغناطی سهای دائمی مناسبند. ذرات نانو فریت خواص مغناطیسی بسیار متفاوتی با حالت بالک دارند. تانگ و همکارانش (١٩٩١) در رابطه با تغییر دمای کوری وقتی ابعاد سیستم کاهش می یابد تحقیق کرده اند.برای ذرات نانو کریستالی فریت منگنز که توسط روش های شیمیایی تهیه شده اند مطالعات نشان داده است که دمای کوری با کاهش اندازه ی ذرات تا ابعاد نانو افزایش می یابد
2

فصل سوم: نانو مواد

با توجه به اهمیت موضوع نانو مواد- زیرا که در این تحقیق روی یکی از انواعمتداول نانو مواد مغناطیسی بحث می کنیم- به این مبحث به صورت کاملا تیتروار و کلی برای درک یک دیدگاه از مفهوم نانو مواد پرداخته شده است. مطالب این مبحث به جهت یکپارچه بودن از مرجع دوم تماما انتخاب شده است.
اتم ها و مولکول ها قسمت های اصلی همه اشیا هستند. چگونگی بناشدن اشیا با این قسمت های اصلی بر روی خواص و عمل متقابل آن ها تاثیر بسزایی دارد. نانوتکنولوژی در واقع به خودآرایی اتم ها، مولکول های منفرد و یا تبدیل خوشه های مولکولی به ساختار ها اشاره دارد و در حال توسعه روش های جدید برای ساخت مواد و ابزار با خواص جدید و متفاوت می باشد. نانوتکنولوژی در حال توسعه روش های جدید برای کنترل و آنالیز مواد است. ازاواخر دهه ٩٠، نانوتکنولوژی به عنوان یک رشته ی جدید با نوید های چشمگیری مورد توجه عموم قرارگرفت. مزیت بالقوه آن بر روی جامعه در مقابل اثر سیلیکون و پلاستیک ها، قابل سنجش و مقایسه است و براحتی می توان به توانایی این تکنولوژی اعتماد کرد. این معبر کوچک جدید موجب دستکاری مواد پیش از این منجر به حوزه های تحقیقاتی جدید و گسترش محصولاتی نوین شده است که در حال حاضر به صورت تجاری موجودند.
همه مواد مرسوم مانند فلزات، نیمه رساناها، شیشه، سرامیک یا پلیمرها می توانند به عنوان ماده ای با مقیاس نانو در آیند. گستره نانو مواد را می توان در حوزه های آلی و غیر آلی، ذرات آمورف و بلوری که به صورت ذرات منفرد، توده ای، پودرها یا پراکنده شده در یک زمینه به صورت کامپوزیتی، فوق کلوئیدی، سوسپانسیون، امولسیون، نانو لایه ها و نانوفیلم ها تا طبقه فولرن ها و مشتقات آن تقسیم بندی کرد. همچنین ساختار های سوپر مولکولی مانند دندریمرها، میسل ها یا لیپوزوم ها نیز متعلق به محدوده ی نانو مواد هستند.
عموما راه های متفاوتی برای دسته بندی نانو مواد وجود دارد که بعضی از این راه ها در جدول ٣-١ خلاصه شده است. { ٢}

فصل چهارم: روش های تولید نانو پودرها و نانو پ ودر هگ زا فری ت

در این جا ابتدا به روشهای کلی تولید نانو پودرها به صورت مختصر پرداخته میشود سپس رو شهای عمده مورد استفاده برای تولید نانو پودر هگزافریت باریم به طور جداگانه شرح داده می شوند. دو روش عمده برای تولید نانو مواد شامل روش بالا به پایین و پایین به بالا وجود دارد. این بدان معنا است که می توان یک ساختار نانو مغناطیسی را با جمع کردن و چیدن اتم ها و با شکستن و فرسایش ذرات درش تتر تهیه کرد شکل (۴-١).{۶}
بنابراین برای سنتز مواد نانو مقیاس نیاز به تلفیق روشهای شیمیایی و فیزیکی مختلفی است. هر دو روش می تواند در حالت جامد، مایع و گاز انجام شود. بیشتر تولیدکنندگان درصدد کنترل اندازه ذرات، توزیع و دمای کلوخه ای شدن ذرات هستند. از روش بالا به پایین، آلیاژ سازی مکانیکی و پایین به بالا، روش سل ژل، رسوب شیمیایی و … را میتوان نام برد. برای تولید نانو ذرات رو شهای بسیار متنوعی وجود دارد که در زیر به طور مختصر به آن ها می پردازیم.
روش های حالت گاز
این روش مبتنی بر تشکیل خوش ههای کوچکی از ات مهاست و از متراکم شدن این خوشه ها نانوپودر تولید می شود. تراکم خوشه ها زمانی که بخار فوق اشباع شود و در داخل آن خوش ههای اتمی تشکیل شده باشند رُخ میدهد. در این روش به کنترل دقیق شرایط سنتز، توانایی کنترل اندازه، شکل و ترکیب شیمیایی پودر بالاست. مزایای ذاتی این روش عبارتند از:
ـ کنترل دقیق اندازه، شکل، درجه بلوری بودن و ترکیب شیمیایی پودر و حاصل ـ خلوص بالا محصول نهایی ـ کنترل راحت مکانیزم های واکنش
روش های حالت گاز عبارتند از v ١) رسوب شیمیایی بخار١ رسوب شیمیایی بخار (CVD)، عبارت است از فعال کردن یک واکنش شیمیایی بین لایه های سطحی و یک پیش ماده گازی، فعال سازی می تواند هم با دما (دمای CVD) و هم با پلاسما انجام شود. از مزایای این پروسه شیب بدون جهت آن میباشد بسته به کاربرد مورد نظر، میتوان با کنترل شرایط پودری با ترکیب همگن و یا غیر همگن ذرات در درون CVD همگن سنتز کرد، در روش CVD همگن، ذرات در درون فاز گاز تشکیل شده و به دلیل نیروی محرکه ناشی از گرادیان دمایی به طرف بیرون رشد میکنند. ولی در روش CVD غیرهمگن جامد روی سطح یک زیر پایه که نقش کاتالیزور را دارد تشکیل می شود. روش CVD به طور وسیع برای تولید نانو لوله های کربنی استفاده می شود.
v ٢) سنتز از فاز گاز در کوره
در این روش از یک کوره استفاده می شود. با استفاده از انرژی حرارتی به روش کولی الکتریکی و با توسط اشعه الکترونی اتمهای ماده اولیه بخار شده و وارد محیط رآکتور می شوند. اتمسفر محیط، خنثی و یا حاوی گاز واکنش دهنده است.
1 Chemical Vapour deposition(CVD)
برای مواد با فشار بخار پایین، از ماده آغازین مناسبی مانند ترکیبات آلی ـ فلزیاستفاده می شود اتم های داغ بخار شده از ماده آغازین با ایجاد جوانه همگن سبب کاهش انرژی سیستم شده و در نهایت متراکم میشوند. شکل ۴-٢ عامل محرک رشد جوانههای ایجاد شده، فوق اشباع ماندن ناحیه بخار است. با کنترل سرعت خروج جوانه ها از محیط فوق اشباع می توان اندازه ذرات را کنترل کرد.

بیان ساده ای از سنتز مواد نانو سایز از فاز گاز

بیان ساده ای از سنتز مواد نانو سایز از فاز گاز

فصل پنجم: بررسی رفت اراحی ایی هگزافریتب اریم با نانو کریستال های آهن فلزی

ساخت پودرهای مغناطیسی بسیار ریز برای کاربردهایی مثل ذخیره سازی مغناطیسیو مایعات مغناطیسی کانون توجه بسیاری در سالهای اخیر بوده است. ذرات آهن فلزی به عنوان محیط مغناطیسی برای تولید دیس کهای ذ خیرهسازی و به علت وادارندگی و گشتاور مغناطیسی بالا مورد توجه قرار گرفته اند.
بسیاری از محققین روش تولید ذرات فلزی بسیار ریز و خواص مغناطیسی آنها را مورد مطالعه قرار داده اند و تکنیک های گوناگونی مثل پروسه های مکانیکی شیمیایی و غیره را مورد استفاده قرار دادهاند.
ابراهیمی و همکارانش پروسههای هیدروژنه و کلسینه کردن را برای ترکیبات پودری هگزافریت استرانسیم انجام داده اند و دریافتند که هگزافریت استرانسیم به 3Fe2O و
22Sr7Fe10O تجزیه می شود که این ترکیبات به Fe و FeO احیاء می شوند.
وادارندگی دانیستیه بعد از عملیات هیدروژن کردن حاصل می شود در حالی که این مقدار بالکیسنه کردن در هوا افزایش می یابد. مغناطیسی اشباع و پ سماند بعد از کلسینه کردن تقریباً با حالت اولیه فریتی برابرند در حالی که وادارندگی افزایش می یابد.
در طول عملیات احیاء مقادیر زیادی زیر دانه با رفتار مغناطیسی همانند مواد تک حوزه و وادارندگی خیلی بالاتر بعد از عملیات حرارتی حاصل می شود. همچنین دمای عملیات حرارتی اپیتم باید به حدی باشد که فاز هگزافریت باریم اصلاح گردد در غیر این صورت رشد دانه نامطلوبی در دماهای بالاتر صورت می گیرد در حضور اتمسفر گاز نیتروژن، درجه احیاء پانیسیته صورت می گیرد که مانع تشکیل فاز مغناطیسی می شود.
به علت طبیعت مغناطیسی نرم تر فاز آهن مغناطیسی، یک کاهش چشم گیر در وادارندگی ذاتی مشاهده می شود. همچنین در اتمسفر هیدروژن بعد از انجام عملیات مقادیر بالاتر MS (مغناطیس اشباع)، Mr و HC (وادارندگی) مشابه با پودر هگزافریت استرانسیم اولیه حاصل می شود. همان طور که در بالا ذکر شد، رشد و توسعه نانو ذرات مغناطیسی از اهمیت بالایی برخوردارند و باید به طور دقیقی مطالعه شوند. از این جهت در این جا احیاء در محیط هیدروژن هگزافریت باریم با دو هدف بررسی می شود. برای درک رفتار احیایی و مکانیزم واکنش سینیتیکی این نوع فریت و اثر آن روزخواص مغناطیسی و در نظر گرفتن احیاء 19BaFe12O به عنوان منبعی برای ساخت پودر آهن مغناطیسی بسیار ریز. در زیر ابتدا روش ساخت و آزمایشات انجام شده را به طور خلاصه ذکر کرده و سپس به بررسی نتایج به دست آمده می پردازیم. روش سرامیکی برای آماده سازی پودر 19BaFe12O استفاده می شود. نسبت های استوکیومتری مناسب از کربنات باریم و اکسید مزیک به طور دستی در یک هاون به خوبی مخلوط می شدند. مخلوط خشک می گردد و سپس در C ْ ١٢٠٠ به مدت ٢ ساعت مشتعل می گردد. وزن های مساوی از پودر فریت تولیدی به خش تههایی با قطر ١ سانتی متر و وزن ٣ گرم که در ١٠۵ سانت یگراد خشک می گردند فشرده میشود. احیاء خش تههای هگزافریت باریم در دماهای ۶٠٠، ٧٠٠، ٨٠٠، ٩٠٠ و ١٠٠٠ درجه سانتی گراد در اتمسفر گاز هیدروژن (١٠٠ درصد هیدروژن) انجام میگیرد. در مرحله احیاء میزان گرما و کاهش وزن به وسیله تکنیک کاهش وزن و با استفاده از یک ترازوی حساس اتوماتیک مجهز به یک کوره تونلی عمودی انجام می شود. یک سیستم خالص سازی گاز برای حصول گاز هیدروژن با خلوص ٩٩% استفاده می شود. فازهای شکل گرفته بعد از پروسه احیاء به وسیله آنالیز فازی اشعه ایکس با استفاده از مس فیلتر شده با نیکل در ۴٠ کیلووات و ٣٠ میلی آمپر انجام می گیرد.
ریز ساختار به وسیله میکروسکوپ SEM و خواص مغناطیسی توسط دستگاه مغناطیسی سنج نمونه ویبره١ بررسی می شوند. در هر آزمایش و پس از این که کوره تا دمای مورد نظر گرم شده خشته فریت داخل یک سبد آویزان روی یک ترازو قرار گرفته و سپس در ناحیه میانی کوره تونلی جا داده می شود در داخل کوره ابتدا جریانی از گاز نیتروژن خالص شده و برقرار میشود و سپس بعد از گذشت دقایقی از انجام عملیات مخلوط گازی احیاء وارد می شود در حالی که جریان گاز نیتروژن قطع میگردد. خشته در محیط احیایی تا رسیدن به یک وزن ثابت نگهداریمی شود. در هنگام سرد کردن، گاز احیایی با نیتروژن جایگزین شده و در همین هنگام نمونه به طرف قسمت بالایی تونل واکنش هدایت شده و از ناحی هی گرمایی خارج میگردد. بعد از این که درجه حرارت به کمتر از٢٠٠ درجه سانتی گراد در سیر، نمونه داخل استون خالص کوئنچ می شود.

فص ل شش م: روش تولید هگزافریت باریم با میک رو حفره های ساختاری و دانسیته کم و بررس ی تأثیر عملیات حرارتی بعدی روی خواص آن

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


نتیجه گیری و پیشنهادات…………………………………………………87
مراجع…………………………………………………………………………88
چکیده انگلیسی…………………………………………………………. ٩١

فهرست جدول ها

١: تولید سالانه فریت در جهان بر حسب کیلوگرم……………………………….. ۶
١-١: حساسیت مولی مغناطیسی تعدادی از مواد دیا مغناطیسی …………..١٣
١-٢: حساسیت مولی مغناطیسی تعدادی از مواد پارامغناطیس……………. ١٣
-٣: خ واص مغناطیس ی حال ت پای ه ای برخ ی از ترکیب اتمغناطیسی ……19
١-۴: خ واص در حال ت پای ه و میک رو مغناطیس ی برخ ی از م وادمغناطیسی ………………………………………………………………………………………20
١-۵: خواص بیرونی برخی از مواد بالک مغناطیس…………………………… ٢٠
٣-١: طبقه بندی نانو مواد نسبت به پارامترهای مختلف……………………. ٣٣
٣-٢: خواص نانو مواد …………………………………………………………….٣۶
۴-١: متغیرهای آسیا کردن………………………………………………………. ۵۶
۵-١: خواص مغناطیسی آهن فلزی تشکیل شده در دمای اتاق…………… ٧٣

فهرست شکل ها

١: نمایش تقسیم بندی ساده ای برای سرامیک های الکترونیکی…………….. ۵
١-١: نمایش حلقه پسماند مغناطیسی…………………………………………….10
١-٢: در هردانه بردارهای مغناطش حوزه ها در امتداد جهت آسان…………………11
١-٣: پدیده کشسانی مغناطیسی…………………………………………………. ١٧
٢-١: بلوک S یا ساختمان اسپینلی وقتی که در امتداد [ ١١١]………………….. ٢۶
٣-١: تصاویر از ساختارها و اشکال متفاوت نانومواد………………………………. ٣٩
۴-١: بیان ساده ای از فرآیند تولید پودر به روش بالا به پایین وپایین…………….. ۴١
۴-٢: بیان ساده ای از سنتز مواد نانو سایز از فاز گاز…………………………….. ۴٣
۴-٣: بیان ساده ای از روش چگالش بخارات شیمیایی (CVC) ……………………۴۵
۴-٧: زمان ژل شدن بر حسب دما در غلظت ١/٠ مول برای آهن……………….. ۴٩
۴-١٠: آسیاب گلوله ای سیاره ای …………………………………………………..۵٢
۴-١١: آسیاب غلتشی………………………………………………………………. ۵٢
۵-١: آنالیزXRD پودر هگزا فریت باریم تولیدی………………………………………. ۶۵
۵-٢: میکروگراف SEM پودرتولیدی………………………………………………….. ۶۵
۵-٧: آن الیز XRD ب رای خش ته ه ای ب ه ط ور جزئ ی احی اء ش ده در…. ۶٨
۵-٨: آن الیز XRD ب رای خش ته ه ای ب ه ط ور جزئ ی احی اء ش ده در…. ۶٨

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