تهیه پودرهای نانومتری اکسیدهای مغناطیسی استرانسیوم-آهن [m(sro).nfe2o3-z] به روش مکانوشیمیایی و بررسی تاثیر جانشانی کاتیونهای دیگر به جای آهن و استرانسیوم بر ویژگیهای مغناطیسی آنها

چکیده با شکل گیری فناوری نانو و بهبود ویژگیهای مغناطیسی مواد، کاربرد این مواد در صنایع الکترونیک، مخابرات، رایـانه، هواوفضا، نظامی و پزشکی به گونه ی چشمگـیری گسترش یافته است. بدین ترتیب تلاشهای بسیاری برای تهیه ی آنها با روشهای گوناکون فیزیکی و شیمیایی انجام گرفته است که از بین آنها روش متداول سرامیکی و فرایـند مکانوشیمیایی که هر دو جزو روشهای فیزیکی اند برای تولید انبوه نانو مواد مناسب تر هستند.?به تازگی فرایند مکانوشیمیایی به طور گسترده ای برای تهیه ی پودرهای نانومتری مواد مغناطیسی شامل آهنرباهای دائمی خاکی کمیاب، فریت ها، فرریت ها، گارنت ها و ترکیب های اکسیدی دیگر به کار رفته است. هدف از انجام این پژوهش تهیه و بررسی ویژگیهای الکتریکی و مغناطیسی نانوپودرهای سه گروه از ترکیب های اکسیدی استرانسیوم- آهن است. دو گروه از این ترکیب ها فریت استرانسیوم?با جانشانی عنصرهای فلز واسطه و خاکی کمیاب با نسبت های مولی گوناگون به عنوان نمونه هایی از مواد مغناطیسی سخت با ساختار شش گوشی و گروه سوم فرریت استرانسیوم با تهی جاهای گوناگون اکسیژن به عنوان نمونه ای از ساختار پروسکایت ها است. برای دست یابی به این مواد، فرمول استوکیومتری عمومی msro.nfe2oz درنظر گرفته شد. با گزینشm?، n و z و مخلوط سازی مواد اولیه ی اکسیدها و کربناتها، ترکیب هایی با ساختارهای شش گوشی و پروسکایت ساخته شدند. برای اطمینان از تشکیل فازهای مورد نظر، روش xrd?به کار گرفته شده است. گروه نخست پودرهای تهیه شده فریت استرانسیوم جانشانی شده با کاتیونهای ti4+، zn2+ و la3+ با فرمول استوکیومتری sr1-xlaxti0.05zn0.2fe3+11.75o19 بود که درآنx? برابر 1/0، 2/0، 3/0، 4/ و 5/0 گزینش شد. با مخلوط سازی مواد اولیه ی fe2o3، srco3، tio2، zno و la2o3 با روش متداول سرامیکی در دمای1250 درجه سانتی گراد نمونه ها تهیه شدند. پودرهای به دست آمده با آسیاب پر انرژی اسپکس پس از یک ساعت آسیاب کاری به اندازه نانومتر رسیـدند. بررسی الگوهای پراش پرتو ایکس پودرها پیش و پس از آسیاب کاری نشان داد که ساختار فریت استرانسیوم شش گوشی تشکیل شده است. پارامترهای شبکه نمونه ها با داده های الگوهای پراش پرتو ایکس تعیین شدند. همچنین میانگین اندازه ی بلورکهای این مواد با فرمول شرر محاسبه و در حدود 17 نانومتر به دست آمد. نتایج اندازه گیریها و تعیین ویژگیهای مغناطیسی از روی چرخه های پسماند نمونه ها، نشان می دهد که مغناطش نمونه های نانومتری در مقایسه با مغناطش نمونه های همتای حجمی برای این ترکیب ها کاهش یافته است که توجیه این کاهش به مدل پوسته- هسته نسبت داده شده است. مغناطش و نیروی وادارندگی این نمونه ها با افزایش x تا 3/. افزایش و سپس برای مقادیر بزرگتر از 3/. کاهش یافته است. علت این تغییرات به چگونگی توزیع کاتیونی در جایگاهای بلورین و برهم کنش های ابرتبادلی در نتیجه ی برهم کنش های فوق ریز نمونه ها نسبت داده شد. گروه دوم نمونه ها، نانوپودرهای فریت های استرانسیوم جانشانی شده با کاتیونهای ti4+، ni2+ و mn2+ با فرمول شیمیاییsrfe9(mn0.5-xnixti0.5)3o19 است که درآنx? برابر 0، 1/0، 2/0، 3/0، 4/ و 5/0 گزینش شد. با مخلوط سازی مواد اولیه ی fe2o3، srco3، tio2، nio و mnco3 و با همان روش متداول سرامیکی و برشتن آنها در دمای 1250 درجه ی سانتی گراد نمونه های این گروه نیز تهیه شدند. مراحل شناسایی و روش های اندازه گیری پارامترهای مغناطیسی این نمونه ها نیز همانند روش نمونه های گروه نخست به کار گرفته شدند. فاز فریت استرانسیوم شش گوشی پیش و پس از آسیاب کاری این نمونه ها نیز تشکیل شد و میانگین اندازه ی بلورکهای آنها در حدود 20 نانومتر به دست آمد. همچنـن نتایج اندازه گیریهای مغناطیسی نشان می دهد که مغناطش نمونه های نانومتری در مقایسه با مغناطش نمونه های همتای حجمی همانند گروه نخست کاهش یافته است. کاهش مغناطش نمونه های این گروه همچنان با مدل پوسته- هسته توجیه پذیر است. بر خلاف نمونه های گروه نخست مغناطش با افزایش x کاهش یافته است که علت آن به چگونگی توزیع و نوع کاتیون در جایگاهای بلورین نمونه ها نسبت داده شد. گروه سوم مواد تهیه شده، پودرهای نانومتری فرریت های استرانسیوم srfeoz است که که درآن z? برابر 6/2، 7/2 و 3 گزینش شده است. برای تهیه ی این نمونه ها، مواد اولیه ی fe2o3، sro و sro2 با هم مخلوط و به گونه ی مستقیم روش مکانوشیمیایی به کار برده شده است. این فرریت ها با آسیاب کاری پس از کمینه زمان 10 ساعت آسیاب پرانرژی و بدون هیچ گونه پخت تک فاز شدند. با فرمول شرر میانگین اندازه دانه های این مواد حدود 19 تا 22 نانومتر به دست آمد. اندازه گیریهای مغناطش این نمونه ها برحسب دما در بود میدان (fc? و نبود میدان (zfc??در گستره ی دمایی 20 تا 350 کلوین انجام شده است. نتایج اندازه گیریها نشان می دهد که با کاهش دما از دمای اتاق مغناطش zfc نخست افزایش یافته و سپس شروع به کاهش می نماید. این دما به دمای نیل نانو فرریت ها که در مقایسه با دمای نمونه های حجمی آنها کمتر است، نسبت داده شده است. همچنین اندازه گیری مقاومت نمونه ها بر حسب دما نشان می دهد که فازهای نااستوکیومتری ( کمبود- اکسیژن، 6/7،2/2=(z این نمونه ها یک رفتار نیمه رسانا گونه دارند در حالی که نمونه ی استو کیومتری آن (3= z) رفتار فلزگونه را نشان می دهد.