تهیه و بررسی خواص فیزیکی و ساختاری نانوکامپوزیت های شامل نانولوله های کربنی و نانوذرات فریت روی- منیزیم cnt/mg 0.5 zn 0.5 fe2 o4
چکیده
چکیده نانولوله های کربنی به خاطر ساختار منحصر به فرد و خواص الکتریکی، حرارتی و مکانیکی عالی مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته اند. از طرف دیگر اصلاح ساختار آنها با استفاده از مواد مغناطیسی، الکتریکی و پلیمرها یکی از مسائل بسیار مهم در حوزه نانوتکنولوژی می باشد. یکی از مهم ترین مواد برای اصلاح ساختار نانولوله های کربنی نانوذرات فریت اسپینلی با فرمول mfe2o4 (m =mg, mn, fe, co, ni, zn, etc.) هستند. این مواد دارای خواص الکتریکی، مغناطیسی، اپتیکی جالب و پایداری حرارتی و شیمیایی مناسب هستند. ترکیب فریت های اسپینلی با نانولوله های کربنی و به ویژه پوشش دادن نانولوله های کربنی با این مواد منجر به تولید نانوساختارهایی به نام نانوکامپوزیت های مغناطیسی می شود. روش های فیزیکی و شیمیایی مختلفی برای تهیه نانوذرات فریت اسپینلی mfe2o4 و نانوکامپوزیت هایcnt/mfe2o4 وجود داردکه از جمله آنها می توان به روش های آسیاب کاری گلوله ای، سل- ژل، همرسوبی و هیدروترمال اشاره نمود. از میان این روش ها، روش سل- ژل نتیجه های امیدوارکننده تری را برای تولید ذرات فوق ریز به همراه دارد. مزیت اصلی این روش، افزایش همگنی و مساحت سطح بالای ژل بدست آمده است که منجر به پایین آمدن دمای پخت و کوچکتر شدن انداز? نانوذرات می شود. هر چه اندازه نانوذرات و نانوکامپوزیت-های تهیه شده کوچکتر باشد رفتار مغناطیسی آنها به ابرپارامغناطیس نزدیکتر است. در این پژوهش ابتدا نانوذرات فریت 4o2xfe-1mgxzn (1 و 5/0 و 0 = x) و سپس نانوکامپوزیت های 4o2xfe-1mgxzn/ cnt(1 و 5/0 و 0 = x) که از ویژگی های منحصر به فردی برخوردارند، به روش سل- ژل تهیه شده و اثر دمای پخت بر ساختار و خواص مغناطیسی نمونه ها مورد بررسی قرار گرفته است. مواد به کار رفته نمک های آهن، منیزیم و روی و نانولوله کربنی چند دیواره و اسید سیتریک به عنوان واکنش گر هستند. عملیات حرارت روی نمونه ها در کوره الکتریکی تحت آرگون از دمای 400 تا 900 درجه سانتیگراد صورت گرفت. چگونگی تشکیل فازها با استفاده از طیف های xrd و ftir بررسی شد. همچنین برای ریخت شناسی نانوذرات و نانوکامپوزیت های تهیه شده از نمونه ها عکس های sem و tem تهیه شد. طیف های xrdو ftir نمونه های نانوذرات به خوبی نشان داد که نانوذرات فریت اسپینلی به صورت تک فاز تشکیل شده اند. استفاده از فرمول شرر برای پهنای طیف های xrd نشان داد که میانگین اندازه نانوذرات 4o2xfe-1mgxzn با افزایش دمای پخت از 65/23 تا06/33 نانومتر و برای نانو کامپوزیت های 4o2xfe-1mgxzn/cnt از07/21 تا 73/24 نانومتر تغییر می کند. خاصیت مغناطیسی نمونه ها با استفاده از دستگاه vsm مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان می دهد که همه ی آنها دارای رفتار ابرپارامغناطیس با وادارندگی و پسماند مغناطیسی کم هستند. با افزایش دمای پخت از 400 تا 900 درجه سانتیگراد ، برای نانوذرات4o2fe5/0mg5/0zn مقدار مغناطش اشباع (ms) از 9/32 تا 1-mueg 5/52 افزایش می یابد ولی نظم خاصی در سایر کمیت های پسماند مغناطیسی (mr) و وادارندگی مغناطیسی (hc) مشاهده نگردید. همچنین با افزایش مقدار x از 0 به 1 برای نمونه 4o2xfe-1mgxzn نظم خاصی در مقدار مغناطش اشباع (ms) و کمیت های پسماند مغناطیسی (mr) و وادارندگی مغناطیسی (hc) مشاهده نگردید.. و اما برای نانو کامپوزیت 4o2xfe-1mgxzn/cnt که در دمای 700 درجه سانتیگراد تحت جو آرگون پخت داده شده بودند، با افزایش نسبت x از 0 به 1 مقدار ms از 1-mueg 79/11 تا1-mueg 49/132 و mr از1-mueg 58/1 تا1-mueg 37/12 افزایش پیدا کرد ولی نظم خاصی در hc مشاهده نگردید. مقایسه مقادیر پسماند مغناطیسی نانوذرات 4o2fe5/0zn5/0mg با نانوکامپوزیت 4o2fe5/0zn5/0mg/cnt نشان می دهدکه مقدار ms از1-mueg 42/52 به1-mueg 7/24 کاهش پیدا می کند. این کاهش به دلیل وجود عنصر کربن است. با توجه به مقادیر بدست برای ms ، mr و hc می توان نتیجه گرفت که نمونه های تولید شده دارای خاصیت ابر پارامغناطیس هستند. نانو ذرات فریت اسپینلی با این خاصیت مغناطیسی می توانند در هسته ترانسفورماتورها، جاذب های مایکروویو و سایر تکنولوژی های وابسته به مغناطیس مورد استفاده قرار گیرند. همچنین نانوکامپوزیت های تولید شده به دلیل داشتن خواص ابر پارامغناطیس می توانند به عنوان دارو رسان مغناطیسی برای درمان بافت های سرطانی مورد استفاده قرار گیرند.