فریت استرانسیم با ساختار مگنتوپلامبیت (ساختارهای هگزاگونال نوع m)، از جمله اکسیدهای فری مغناطیس سخت به شمار می آید که به دلایل مختلف از جمله پسماند مغناطیسی بالا، ناهمسانگردی محوری زیاد، میدان وادارندگی بزرگ، دمای کوری بالا، پایداری شیمیایی و مقاومت خوردگی بسیار عالی و همچنین خواص جذب مایکروویو خوب، یک گزینه مناسب برای استفاده های مختلف از جمله ساخت آهنرباهای دائم، موتورهای الکتریکی dc، محیط های ضبط مغناطواپتیکی و مغناطیسی با چگالی بالا و قطعات مایکروویو به شمار می رود. یکی از راهکارهای مناسب جهت بهبود ویژگی های مغناطیسی هگزافریت استرانسیم، اضافه کردن افزودنی های مغناطیسی مختلف به آن است. از طرف دیگر کوچکتر شدن اندازه ذرات به دلیل قرار گرفتن در محدوده تک حوزه ای و بالا رفتن شار مغناطیسی، تا حدی باعث بهبود ویژگی های مغناطیسی می شود. با تکیه بر این موارد، در این پایان نامه ، اثرات افزودن کاتیون های مغناطیسی کبالت و منگنز که در جدول تناوبی اطراف یون آهن قرار دارند، (با هدف بررسی همزمان اثرات ناشی از ممان های مغناطیسی ذاتی و شعاع های یونی کاتیون های متفاوت)، بر ویژگی های ساختاری، پیوندی و مغناطیسی نانوذرات هگزافریت استرانسیوم از جمله ثابت های شبکه، اندازه نانوذرات، پیوندها،پسماند مغناطیسی و میدان وادارندگی و... بررسی شده اند. با افزایش دمای کلسینه، اندازه نانوذرات افزایش یافته و میدان وادارندگی کاهش می یابد، هم چنین مغناطش اشباع تا دمای کلسینه ، روند افزایشی دارد. با افزودن ناخالصی منگنز به نانوذرات هگزافریت استرانسیم، اندازه نانوذرات افزایش، میدان وادارندگی کاهش و مغناطش اشباع روند افزایشی خواهد داشت. یون کبالت هنگام ورود به شبکه هگزاگونال به طور کامل در جایگاه های شبکه قرار نمی گیرد. به همین علت است که الگوهای علاوه بر فاز هگزاگونال، مقادیری از اسپینل فریت کبالت را نیز نشان می دهند. نانوذرات دارای ناخالصی کبالت، اندازه کوچکتری نسبت به نانوذرات هگزافریت استرانسیم بدون ناخالصی خواهند داشت. با افزودن این ناخالصی، میدان وادارندگی کاهش و مغناطش اشباع تا حدودی افزایش خواهد یافت و این یک ویژگی مطلوب برای کاربرد در محیط های ضبط مغناطیسی خواهد بود. هنگام آلایش نانوذرات با دو ناخالصی کبالت و منگنز بطور همزمان، با افزایش مقادیر ناخالصی، بزرگی میدان وادارندگی از 5672oe به 451.61oe کاهش می یابد.علت این کاهش را می توان کاهش ناهمسانگردی مغناطوبلوری دانست.

کارهای انجام شده در پژوهش پیش رو را می توان به دو بخش عمده تقسیم نمود. در بخش اول، نانوذرات فریت co0.5mn0.5fe2o4 به روش سل ژل خود احتراقی تهیه شد و اثر دمای کلسینه بر روی خواص فیزیکی و مغناطیسی آن ها مورد بررسی قرار گرفت. در بخش دوم به دلیل شکل گیری کامل فاز مورد نظر در دمای °c700، اثر جانشانی یون های منگنز به جای یون های نیکل (5/0 و 35/0، 25/0، 15/0، 0 x= ) co0.5ni0.5-xmnxfe2o4 کلسینه شده در این دما، مورد مطالعه قرار گرفت. جهت انجام آزمون های آزمایشگایی و دستیابی به اطلاعات مورد نیاز (مشخصه یابی و بررسی خواص ساختاری و مغناطیسی نمونه ها)، تجهیزات متعددی استفاده شده است که عبارتند از: آنالیز پراش پرتو ایکس (xrd)، مغناطیس سنج نمونه نوسانی (vsm) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem). بررسی نتایج حاصل از آنالیزهای مختلف نشان می دهد که با افزایش دمای تکلیس، اندازه متوسط بلورک ها و بلورینگی افزایش می یابد. همچنین مشخص گردید که با افزایش دمای تکلیس، مغناطش اشباع، گشتاور مغناطیسی نانوذرات و مقدار hc آنها نیز تغییر می-کند. از مهمترین نتایج بخش دوم می توان به تغییر اندازه و خواص مغناطیسی نانوذرات به ازای -xهای متفاوت اشاره کرد. همچنین نتایج نشان می دهد که رفتار مغناطیسی نانوذرات به ناهمسانگردی شکلی و مغناطوبلوری، اندازه نانوذرات، اثرات کج شدگی، توزیع کاتیون ها، برهم کنش های ابر تبادل و درجه بلورینگی وابسته می باشد.

فعالیت های پژوهشی صورت گرفته در این پایان نامه، شامل دو بخش تجربی و محاسباتی می باشد. در بخش تجربی، ابتدا جزئیات طراحی و ساخت سامانه سیورت بیان شده است. این سامانه، قابلیت اندازه گیری ویژگی های جذب-واجذب هیدروژن در آلیاژهای هیدرید فلزی شامل منحنی های سینتیک و فشار-ترکیب-دما را در دماها و فشارهای کاری مختلف دارد. در ادامه ویژگی های ساختاری، میکروسکوپی، عنصری، مغناطیسی و هیدروژنی آلیاژ بین فلزی lani5 به صورت وسیع بررسی شده اند. بر اساس نتایج ساختاری بدست آمده از پراش پرتو ایکس و روش پالایش ریتولد، ساختار بلوری این آلیاژ تک فاز بوده ولی پس از اعمال 30 چرخه جذب- واجذب هیدروژن، فاز ثانویه نیکل فلزی نیز مشاهده شد. وجود نیکل خالص در نمونه بعد از اعمال چرخه های جذب-واجذب هیدروژن، با استفاده از اندازه گیری مغناطیسی در دمای اتاق نیز تایید شد. گذشته از این ها، بعد از اعمال چرخه های جذب- واجذب هیدروژن، اندازه ذرات کاهش پیدا کرده و توزیع اندازه ذرات در مقایسه با نمونه غیرهیدریدی یکنواخت تر می شود. ویژگی های جذب هیدروژنی این آلیاژ شامل منحنی های فشار-ترکیب-دما و سینتیک با استفاده از سامانه سیورت اندازه گیری شدند. آنتالپی و آنتروپی تشکیل هیدرید lani5-h با استفاده از معادله وانت هوف بدست آمدند. علاوه بر این، سازوکار سینتیک جذب هیدروژنی این آلیاژ در دماهای مختلف و با استفاده از مدل های مختلف ارزیابی شدند. همه مدل ها نشان می دهد با افزایش دما سرعت جذب هیدروژن زیاد می شود. همچنین فرآیندهای پخش و رشد و هسته سازی به عنوان مراحل کنترل کننده سرعت واکنش هیدریدی شناسایی شدند. ضمناً انرژی فعال سازی واکنش جذب هیدروژن این آلیاژ با استفاده از رابطه آرنیوس و مدل های jd، jma مرتبه اول و jma پادلگاریتم به ترتیب حدود kj/mol.h2 11/24، 65/23 و 75/21 بدست آمد. نتایج بدست آمده در این بخش نشان می دهد که این آلیاژ گزینه مناسبی برای ذخیره سازی هیدروژن می باشد. در بخش محاسباتی، ویژگی های ساختاری، پایداری و الکترونی ترکیبات بین فلزی ticr2 و zrcr2 و هیدریدهای آن ها با استفاده از نظریه تابعی چگالی بررسی شده است. مقادیر ثابت شبکه، مُدول حجمی و انرژی تشکیل بدست آمده ترکیبات غیرهیدریدی در تطابق خوبی با تجربه هستند. با جذب هیدروژن، شبکه بلوری این ترکیبات انبساط پیدا می کند. بیشترین احتمال جذب هیدروژن، به فضای بین جایگاهی نوع a2b2 اختصاص دارد. جذب هیدروژن، ساختار الکترونی این ترکیبات را نیز دچار تغییر می کند. نتایج محاسباتی بدست آمده در این بخش می تواند در زمینه طراحی آلیاژهای جدید ذخیره کننده هیدروژن ab2 بر پایه ti/zr مفید باشد.

هدف از این تحقیق ساخت نانو ذرات فریت منگنز با دو روش سل-ژل و مایسل معکوس و بررسی اثر اتمسفرهای آرگون و اکسیژن بر روی خواص ساختاری و مغناطیسی فریت مذکور می باشد. به منظور شناسایی خواص ساختاری نمونه ها از آنالیز پراش پرتو ایکس (xrd) استفاده شد. خواص مغناطیسی با استفاده از دستگاه مغناطیس سنج نمونه ی نوسانی (vsm) اندازه گیری شد. برای تهیه ی نانوذرات فریت منگنز به روش سل-ژل خوداحتراقی از نیترات های آهن و منگنز، آمونیاک و اسیدسیتریک و در روش مایسل معکوس از ctab، aot، هپتان، ایزواکتان، پنتانول، اتانول، سود، آمونیاک، نیترات های آهن و منگنز، سولفات آهن دو و کلرید منگنز استفاده گردید. با توجه به طیف نمونه های تهیه شده به روش سل-ژل بهترین نتایج در دمای 400 درجه سانتیگراد حاصل شد و با افزایش دما علاوه بر افزایش اندازه ی نانوذرات، فاز ناخالصی نیز افزایش یافت. همچنین کلسینه کردن نمونه ی تهیه شده به این روش در اتمسفرهای آرگون و اکسیژن باعث بدتر شدن نتایج شد. بررسی آنالیز vsm نمونه های ساخته شده به روش سل-ژل نشان می دهد که در دمای 400 درجه سانتیگراد نمونه رفتار یک ماده فری مغناطیس نرم معمولی را دارد. با افزایش دما که با افزایش فاز ناخالصی fe2o3 همراه است، مغناطش اشباع نمونه ها کاهش می یابد. نتایج طیف xrd نمونه روش مایسل معکوس ساخته شده با ctab حکایت از عدم شکل گیری فاز فریت خالص دارد ولی در نمونه ی ساخته شده با aot فاز خالص فریت شکل گرفته که اندازه نانوذرات بسیار کوچک می باشد. نتایج vsm نمونه های اخیر نیز حاکی از تک حوزه بودن ذرات با ناهمسانگردی بالا است.