سنتز نانو پودر هگزا فریت باریم به روش سل-ژل احتراقی و بررسی پارامترهای مواد اولیه و شرایط ساخت بر خواص و ساختار آن
چکیده
اگر چه پیشرفت های بشر در زمینه تجهیزات الکترونیکی در فرکانس های گیگا هرتز برای زندگی بشر فواید فراوانی را در بر داشته، امّا از یک سوی، مشکلات خاص خود را نیز به همراه داشته است. به عنوان مثال یکی از این مشکلات تداخل های الکترومغناطیس (emi) است که از تجهیزات الکترونیکی ساطع می شود. برای مقابله با emi از موادی که قابلیت جذب امواج الکترومغناطیس را داشته باشند استفاده می کنند. فریت ها به دلیل خواص دی الکتریکی و مغناطیسی ای که دارند در این زمینه مورد توجه فراوانی قرار گرفته اند. فریت های مغناطیسی به دلیل تنوّع و هم چنین امکان تغییر ترکیب شیمیایی علاوه بر کاربردهای جذب امواج ماکروویو، کاربردهای گسترده ای در مهندسی ماکروویو، صنایع نظامی و صنایع الکترونیک دارند. از طرف دیگر امروزه توسعه و گسترش نانو ذرات به شدّت مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است که نه تنها به دلیل جاذبه های علمی این ذرات، بلکه به دلیل کاربردهای تکنولوژیکی فراوانشان می باشند. در نانو تکنولوژی پیچیده ترین تأثیر اندازه ذرات، تأثیر بر خواص مغناطیسی ماده است. یک ماده توده ای فرومغناطیس با حوزه های مغناطیسی که هر کدام حاوی هزاران اتم هستند، شناخته می شود. در یک حوزه مغناطیسی جهت چرخش الکترون ها یکسان است، اما حوزه های مغناطیسی متفاوت، جهات چرخش متفاوتی دارند. تغییر فاز مغناطیسی وقتی رخ می دهد که یک میدان مغناطیسی بزرگ، تمام حوزه های مغناطیسی را یک جهت کند. به عنوان مثال در مورد نانو ذرات ، حوزه های مغناطیسی مشخصی دیده نمی شود. بنابراین تصور می شود که در این موادسیستم های ساده تری وجود خواهد داشت اما در حقیقت چیزی برعکس این موضوع وجود دارد. ذرات مغناطیسی کوچک و حتی جامدات غیر مغناطیسی با اندازه دانه کوچک، نوع جدیدی از خواص مغناطیسی را نشان می دهند. این خواص متأثر از خاصیت کوانتومی اندازه ذرات است که برای فهمیدن آن، نیاز به مطالعه بسیار است. اندازه ذرات مورد بحث ما، معمولاً کمتر از اندازه حوزه های مغناطیسی در جامدات است بنابراین یک ذره مثل یک اتم مجزا رفتار می کند که گشتاور مغناطیسی بزرگی دارد. در کاربرد فریت های مغناطیسی به عنوان مواد جاذب امواج الکترومغناطیس و اثر نانو ذرات بر روی این خواص را می توان این گونه بیان کرد که مواد نانو کریستالیت به علت دارا بودن سطح به حجم بالا، انرژی سطحی بالایی دارند به عبارت دیگر انرژی الکترون ها بر روی سطح با درون کریستالیت متفاوت است و بر روی سطح نیز ترازهای انرژی متفاوتی در نظر گرفته می شود. این تفاوت انرژی در مقیاس انرژی امواج ماکروویو است از این رو زمانی که موج ماکروویو به ماده مورد نظر برخورد می کند الکترون های در موقعیّت انرژی مناسب می توانند امواج ماکروویو را جذب کرده و خود را به تراز بالاتر انرژی انتقال دهند از این رو جذب امواج ماکروویو افزایش پیدا می کند. در تمامی کاربردهای پیش بینی شده برای این نانو ذرات مغناطیسی، روش سنتز آن ها تعیین کننده مرغوبیت و نحوه کارکردشان است. لازم به ذکر است که مشابه حالت بالک، خواص نانو ذرات را باید متناسب با نیازهای کاربردی تنظیم کرد و همین ویژگی هاست که روش سنتز و عملیات بعدی روی پودر را تعیین می کند. هگزا فریت باریم نوع w از جمله سرامیک های مغناطیسی نرم به شمار می آید که به دلیل دارا بودن ناهمسان گردی صفحه ایی قوی، مغناطش بالا، میدان پسماند کم، دمای کوری نسبتاً بالا، مقاومت الکتریکی بالا، پایداری شیمیایی بالا و هم چنین قیمت مناسب در کاربردهای متنوع از جمله محیط های ثبت مغناطیس، مغناطونوری و ابزارهای مورد استفاده در گستره فرکانس های بالاتر از چند گیگا هرتز به عنوان جاذب امواج ماکروویو استفاده می شود. با توجه به این که کاربرد و کارایی این ماده در زمینه های مغناطیسی و جاذب امواج ماکروویو، به شدّت تحت تأثیر شکل و اندازه کریستالی آن می باشد و روش تولید هگزا فریت باریم نیز تأثیر زیادی بر روی خواص نهایی آن دارد. روش مناسب جهت تولید، روشی ساده، با بکار گیری تجهیزات ساده، بدون استفاده از مواد اولیه گران و بدون مراحل پیچیده می باشد که از جمله این روش ها می توان به روش سل – ژل احتراقی اشاره نمود. از جمله مزایایی این روش، نیاز به انرژی کم، تجهیزات ساده و زمان عملکرد کوتاه می باشد. ازآن جا که با ترکیب دو روش سل – ژل و احتراقی می توان به خواص مناسب تری در پودر سنتز شده از جمله یکنواختی و کاهش ابعاد ذرات دست یافت و از آن جایی که گزارش هایی مبتنی بر خواص مناسب جذب هگزا فریت باریم نوع w وجود دارد، تصمیم گرفته شد خواص ساختاری، مغناطیسی و جذب امواج ماکروویو مورد تحقیق و بررسی قرار گیرد. بدین صورت هدف انجام این تحقیق را می توان به صورت زیر خلاصه نمود: ? سنتز نانو پودر هگزا فریت باریم نوع w به روش سل – ژل احتراقی و بررسی خواص ساختاری، مغناطیسی و جذب امواج ماکروویو ? بررسی بهبود خواص مغناطیسی و جذب امواج ماکروویو در فرکانس های بالا با جانشینی یون کبالت ? بررسی پارامتر های دمای کلسیناسیون، ph محلول اولیه، نوع سوخت و نسبت عوامل کاهنده به اکسنده (?) بر روی خواص ساختاری، مغناطیسی و جذب امواج ماکروویو نانو پودر هگزا فریت باریم نوع w لازم به ذکراست که در این تحقیق برای اوّلین بار اثر سه نوع سوخت اسید سیتریک، گلایسین و اوره بر روی خواص ساختاری، مغناطیسی و جذب امواج ماکروویو پودر هگزا فریت باریم نوع w و بررسی ترمودینامیکی آن ها مورد بررسی قرار گرفته شد. در زمینه تغییر ph و اثر آن بر خواص ساختاری و مغناطیسی و جذبی پودر هگزا فریت باریم نوع w به روش سل – ژل احتراقی تاکنون فعّالیتی گزارش نشده است، و همین طور در مورد تغییر نسبت عوامل کاهنده به اکسنده (?) و بررسی ترمودینامیکی آن نیز فعّالیتی گزارش نشده است. پایان نامه حاضر در چهار فصل آماده شده است. در فصل اوّل به صورت مقدماتی، کلیات کار و هدف از انجام این رساله بیان شده است. فصل دوّم مروری بر منابع مطالعاتی است، در مورد خواص و ویژگی ها و کاربردهای هگزا فریت باریم و معرفی روش های سنتز این نانو پودر بررسی های گسترده ای صورت گرفته است و فعالیت های سایر محققان گزارش شده است. در فصل سوم به معرفی مواد اولیه، تجهیزات مورد نیاز و فرآیند کار پرداخته شده است و در فصل چهارم نیز نتایج و بحث و بررسی آن ها ارائه شده است و در نهایت نتیجه گیری نهایی صورت پذیرفته است.