Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Ranjbar,Parviz Kameli
مهدی رنجبر (استاد مشاور) پرویز کاملی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hajar Hajihashemy
هاجر حاجی هاشمی ورنوسفادرانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

The Fabrication and Study of Structural and Magnetic Properties of Ni Ferrite Nanoparticles (NiFe2O4)
Spinel ferrites are a group of materials in the nanometer scale which have a wide variety of applications in medicine and economics. Now, of the problems in this area is fabricating pure homogenous nanoparticles with controllable size. In this research, in order to prepare a pure sample of Ni ferrite in low temperatures, several methods including sol-gel with changing parameters such as pH, complexion agent and co-precipitation methods were used. In all the synthesized samples, the effect of temperature on the structure and magnetic properties of the samples, was studied using analysis such as x-ray diffraction (XRD), Furier Transform Infrared (FTIR), microscopic imaging (SEM) and vibrating sample magnetometer (VSM). The x-ray diffraction spectrum of the samples prepared via the sol-gel method and with different pH, verified that increasing pH, decreases the formation temperature of the phase of pure ferrite nickel in this method. Also, the results showed that increasing pH of the first solution to 7 is concomitant with decreasing the nano-particles size and in the alkaline solution (pH 7), again the size of the particles increases. Also, in samples synthesized by the co-precipitation method, it was observed that temperature increase, causes the formation of the second phase of ?-Fe ?? O ?? in the samples. Finally, utilizing the complexing agent of EDTA in synthesizing the samples by the sol-gel method, we managed to fabricate pure samples of nickel ferrite in low temperatures. The complexing agent EDTA, by surrounding the metallic ions, not only decreases the probability of oxidation of metallic ions, but also decreases the interaction between ions and causes the formation of finer particles. The effect of temperature on the samples was studied. The results of XRD showed that increasing the annealing temperature, results in larger particles. The SEM images also confirm the enlarging of particles concomitant with temperature increasing. Also, strain in these samples decreases along with annealing temperature decreasing, which is a sign of structure conversion from inverse spinel to mixed spinel. The inverse structures of the samples, is changed and with the redistribution in the arrangement of the cations in the tetrahedral and octahedral sites, the mixed structure is formed. The changes in the relative intensity of the Brag peaks confirms this idea. The magnetization of the samples, demonstrate the increase in saturation magnetization with enlargement of the particles. Based on the core-shell model, every particle is formed of a core part with the magnetic order, called core, and a disordered shell layer, named shell. Along with the particles enlargement, the contribution of the core increases relative to the shell, and therefore, the saturation magnetization of the samples increases too. Albeit, the structure conversion of the inverse to the mixd spinel, has affected the magnetization. It was also observed that the coercive field of the samples increased with increasing the size of the particles up to 33 nm, and then, with more increasing in the size, the field decreased. The maximum of the coercive field, happens in the critical size of the single-domain, and this critical size for the samples prepared by the EDTA method happened in the range of 25-33 nm. Keywords: Spinel ferrites, Sol-gel, Precipitation, pH, Temperature effect, EDTA, Cation Distribution, Core-shell model, Critical size.
فریت های اسپینلی گروهی از مواد مغناطیسی هستند که در حوزه ی نانومتری، کاربردهای وسیعی در عرصه های پزشکی و صنعتی دارند. در حال حاضر، از جمله مشکلات موجود در این زمینه ، ساخت نانوذرات خالص، همگن و با اندازه های قابل کنترل این گروه از مواد می باشد. در این تحقیق برای تهیه ی نمونه ای خالص از فریت نیکل در دماهای پایین، چند روش مختلف از جمله روش سل-ژل با تغییر پارامترهایی مثل pH و عامل کمپلکس دهنده و همچنین روش همرسوبی به کار گرفته شد. در همه ی نمونه های ساخته شده، اثر دما بر ساختار و خواص مغناطیسی نمونه ها، توسط طیف پراش پرتوی ایکس (XRD)، تحلیل فوریه hy;ی طیف مادون قرمزز (FTIR)، تصویربرداری میکروسکوپی (SEM) و اندازه گیری مغناطش توسط مغناطش سنج ارتعاشی (VSM) مورد بررسی قرار گرفت. طیف پراش پرتوی ایکس نمونه های تهیه شده به روش سل-ژل و با تغییر عامل pH، نشان داد که افزایش pH، دمای تشکیل فاز خالص فریت نیکل تهیه شده به این روش را کاهش می دهد. همچنین نتایج نشان داد که افزایش pH محلول اولیه تا 7 با کاهش در اندازه ی ذرات همراه است و در محیط بازی (pH 7)، مجدداً اندازه ی ذرات افزایش می یابد. در نمونه های ساخته شده به روش همرسوبی، مشاهده شد که افزایش دما ، سبب تشکیل فاز دوم ?-Fe ?? O ?? در نمونه ها می شود. در انتها با به کارگیری عامل کمپلکس دهنده ی EDTA در ساخت نمونه ها به روش سل-ژل، موفق به ساخت نمونه ای خالص از فریت نیکل در دماهای پایین شدیم. عامل کمپلکس دهنده EDTA، با احاطه کردن یون های فلزی، علاوه بر اینکه امکان اکسید شدن یون های فلزی را کاهش می دهد، برهم کنش یون ها را نیز کاهش می دهد و سبب ایجاد ذرات ریزتری می شود. اثر دمای بازپخت بر نمونه ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج ناشی از تحلیل طیف XRD نشان داد که افزایش دمای پخت ثانویه، سبب بزرگ شدن اندازه ی ذرات می شود. تصاویر SEM نیز بزرگ شدن ذرات با افزایش دما را تأیید می کند. همچنین کرنش در این نمونه ها با کاهش در دمای پخت، کاهش یافته است که نشان دهنده ی تبدیل ساختار اسپینلی معکوس به اسپینلی آمیخته یا جزئی معکوس می باشد. با کاهش دمای پخت و در نتیجه کاهش اندازه ی ذرات، ساختار معکوس نمونه ها، دستخوش تغییر شده و با بازتوزیع در چینش کاتیون ها در جایگاه های 4 وجهی و 8 وجهی، ساختار جزئی معکوس ایجاد شده است. تغییر در شدت نسبی قله های براگ مؤید این امر است. منحنی های مغناطش نمونه ها، افزایش مغناطش اشباع با بزرگ شدن اندازه ی ذرات را نشان می دهد. طبق مدل مغزه-پوسته، هر ذره از یک قسمت مرکزی با نظم مغناطیسی به نام مغزه و یک لایه ی سطحی بی نظم به نام پوسته تشکیل شده است. با بزرگ شدن اندازه ی ذرات، سهم مغزه نسبت به پوسته افزایش می یابد و بنابراین مغناطش اشباع نمونه ها نیز افزایش می یابد. البته تبدیل ساختار اسپینلی معکوس به آمیخته نیز در تغییر مغناطش تأثیر داشته است. همچنین مشاهده شد که میدان وادارندگی نمونه ها با افزایش اندازه ی ذرات تا 33 nm افزایش یافته و سپس با افزایش بیشتر در اندازه ی ذرات، کاهش یافته است. بیشینه ی میدان وادارندگی، در اندازه ی بحرانی تک حوزه شدن، رخ می دهد که این اندازه ی بحرانی برای نمونه های تهیه شده به روش EDTA در بازه ی 25-33 nm رخ داده است. واژه های کلیدی: فریت های اسپینلی، سل-ژل، همرسوبی، pH، اثر دما، EDTA، بازتوزیع کاتیون ها، مدل مغزه-پوسته، اندازه ی بحرانی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی