Skip to main content
SUPERVISOR
Hadi Salamati mashhad,Parviz Kameli
هادی سلامتی مشهد (استاد مشاور) پرویز کاملی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Bagher Aslibeiki
باقر اصلی بیکی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388

TITLE

Studying the magnetic properties of MnFe2O4 nanoparticles and the effect of Ag and Co doping on its properties
In this project the structural and magnetic properties of manganese ferrite nanoparticles, MnFe 2 O 4 have been investigated. Large scale synthesis method was one of the aims of this study. In the first part of this work, the nanoparticles were prepared successfully by using thermal decomposition of metal nitrates in presence of citric acid. Although the XRD analysis confirmed crystalline structure of samples without noticeable trace of impurity phases, the saturation magnetization ( M s ) was smaller than that for bulk Mn-Ferrite. Such a decrease in M s is mainly arised from the presence of dead layer in the shell of nanoparticle. Because of agglomeration and direct contact of nanoparticles, these samples are highly interacting. At low temperature, these interactions lead to frustrated super-spin galss ( SSG ) state. AC magnetic susceptibility at different frequencies and memory experiments confirmed SSG behavior of these samples. In the following, by grinding the aggregates, compaction of nanoparticles was decreased and SSG behavior almost diminished. In the next section of this project, the effect of Ag and Co doping on the structural and magnetic properties of MnFe 2 O 4 nanoparticles have been investigated. Because of non-magnetic nature of Ag 1 + cations, doping of silver in spinel structure leads to reduction in magnetic response of sample to external applied fields. Decrease in crystallite’s size with increase in Ag doping level and consequently increase in surface/volume ratio is the main reason of decrease in M s . Also in this section we showed that there is a solubility limit in substitution of Ag 1 + in iron and manganese sites because of larger ionic radius of Ag 1 + cations than Fe 3 + and Mn 2 + . Metallic silver phase was formed at higher doping level. On the other hand by doping the highly anisotropic Co 2 + in manganese sites we found that M s of samples is not influenced while the coersivity showed a remarkable increase by increasing the Co content in the samples. In the last section, we focused on improving the quality of samples by change in sample preparation method. We used Tri-ethylene glycol ( TEG ) as a solvent of metal nitrates in order to increase the saturation magnetization and decrease the contribution of disordered surface spins. It was found that molecular coating of nanoparticles decreases the surface spins canting by improving the metal-oxygen-metal bond in the interface of nanoparticles. As same as thermal decomposition, this method can be applied for large scale syntheses of nanoparticles. By using magnetic characterization it has been shown that increase in solvent to nitrates molar ratio leads to decrease in interactions strength between super-spins so that there is no trace of SSG behavior in these samples. In the following of this part, by applying hydrostatic pressure the magneto-static energy was increased. By using imaginary part of ac magnetic susceptibility and calculation of heat power density ( P ) it was realized that increase in dipole-dipole interactions create a decrease in P values, which is an important result in the field of using the magnetic nanoparticles in the hyperthermia based cancer therapy method.
در این تحقیق به ساخت و مطالعه ی ویژگی های ساختاری و مغناطیسی نانوذرات فریت اسپینلی منگنز، MnFe 2 O 4 پرداخته شده است. یکی از اهداف این پروژه ارائه ی روش های آسانی جهت ساخت نانوذرات می باشد. از اینرو در بخش اول با استفاده از نیترات های فلزی در حضور اسید سیتریک نمونه ها بطور موفقیت آمیزی ساخته شدند. این ذرات با وجود ساختار بلوری اسپینلی دارای مغناطش اشباع پایینی بودند که این مساله عمدتا به دلیل سهم بزرگ لایه ی بی نظم در پوسته ی این نانوذرات می باشد. با توجه به کلوخگی و بهم چسبیدگی ذرات ساخته شده، انرژی های برهمکنشی قوی بوده و در دماهای پایین منجر به گذار به حالت شیشه ی ابر اسپینی می شوند. آزمایشها مربوط به پذیرفتاری مغناطیسی در بسامد های مختلف و آزمایش اثر حافظه حضور این فاز را تایید کرد. در ادامه نشان دادیم که با سایش نانوذرات کلوخه شده، بهم چسبیدگی آنها کاهش یافته و فاز شیشه ی اسپینی تضعیف می شود. در بخش بعدی این پروژه به بررسی تاثیر آلایش عناصر نقره( Ag ) وکبالت( Co ) بر روی ویژگیهای ساختاری و مغناطیسی نانوذرات فریت منگنز پرداخته شد. به دلیل غیر مغناطیسی بودن یون های Ag 1 + ، آلایش این یون ها در ساختار اسپینلی منجر به کاهش پاسخ ذرات به میدان های اعمالی شد. کاهش اندازه ی بلورک ها با افزایش میزان آلایش نقره و پیرو آن افزایش نسبت سطح به حجم از عوامل موثر در کاهش مغناطش اشباع این نمونه ها است. در این بخش نشان دادیم که یون های Ag 1 + به دلیل بزرگتر بودن شعاع یونی در مقایسه با یون های آهن Fe 3+ و یون های منگنز Mn 2 + ، بطور کامل وارد ساختار اسپینلی نمی شوند و در آلایش های بالاتر فاز نقره ی فلزی را در سطح تماس نانوذرات فریت منگنز تشکیل می دهند. از سوی دیگر با آلایش یون های Co 2 + در جایگاه یون های منگنز نشان داده شد که مغناطش اشباع با تغییر میزان آلایش تغییر نمی کند در حالیکه ناهمسانگردی و میدان وادارندگی ( H c ) سیستم نانوذرات به شدت تحت تاثیر قرار می گیرد. در بخش نهایی بر روی بهبود ساختار بلوری و افزایش مغناطش اشباع نمونه تمرکز کردیم. بدین منظور از حلال آلی تری اتیلن گلیکول( TEG ) برای کاهش بی نظمی اسپینی در سطح ذرات استفاده شد. در اینجا نشان دادیم که اکسیژن موجود در مولکول های TEG کمبود اکسیژن سطحی نانوذرات فریت منگنز را جبران کرده و با منظم کردن پیوند های فلز-اکسیژن-فلز در سطح ذرات مغناطش اشباع را به مقدار قابل توجهی افزایش می دهند. با استفاده از این روش نانوذرات مغناطیسی با توزیع اندازه ی باریک قابل ساخت می باشد و علاوه بر آن این نمونه ها نسبت به نمونه های ساخته شده به روش تجزیه حرارتی از کیفیت بالایی برخوردار هستند. با مشخصه یابی های مختلف مغناطیسی نشان داده شد که افزایش نسبت مولی حلال TEG به مواد اولیه منجر به کاهش برهمکنش های مغناطیس می شود بطوریکه در این نمونه ها رفتار شیشه ی اسپینی از بین رفته و در دماهای پایین سیستم در حالت ابرپارامغناطیس قفل شده ی برهمکنشی قرار دارد. در ادامه با اعمال فشار هیدواستاتیکی و افزایش تراکم این ذرات، میزان برهمکنش میان آنها بررسی شد. با استفاده از داده های قسمت موهومی پذیرفتاری مغناطیسی و محاسبه ی توان اتلافی نشان داده شد که افزایش انرژی دوقطبی-دوقطبی میان نانوذرات مغناطیسی منجر به کاهش توان اتلافی می شود که این مساله در کاربرد نانوذرات در روش گرمادرمانی سلول های سرطانی اهمیت ویژه ای دارد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی