Skip to main content
SUPERVISOR
Parviz Kameli,Ismaeil Abdolhosseini Sarsari
پرویز کاملی (استاد راهنما) اسماعیل عبدالحسینی سارسری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Meysam Norouzi-Inallu
میثم نوروزی ایناللو

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Effect of tungsten (W) doping on structural, magnetic, electrical and magnetocaloric properties of Ni-Mn-Sn ferromagnetic shape memory alloys
In this thesis, after a survey on shape memory, exchange bais and magnatocaloric effect, W doping on structural, magnetic, electrical and magnetocaloric properties of Ni-Mn-Sn ferromagnetic shape memory alliys are studied. The samples was prepared by mechanical allying. High purity of elements (all with purity 99.5%) were ball-milled under an argon atmosphere. The ball-to-powder weight ratio was 10:1 and ball-milling was carried out over several cycles of 1 h and 5 min rest stages up to 30 h. Then, samples were compacted and encapsulated in quartz tubes under high vacuum and heat treated at 1223 K for 16 h, the samples were got rapidly quenching in cold water. Phase identification was carried out using an X-ray diffraction system (XRD) with Cu K? radiation at room temperature. The XRD pattern of the samples indicate that the Ni 47 Mn 40 Sn 13 is single phase and it has L2 1 structure. But with creating and increasing of the amount of W substitiution in Ni, Mn and Sn site, samples will go out of single phase. Thermals behavior were determined from differential scanning calorimetric during heating and cooling to investigate the martensite phase transition. Magnetic susceptibility of all the samples indicates a magnetic transition in the vicinity of astenite Curie temperature and martansite transition (MT) in the vicinity of MT temperature. Also the dynamic critical exponent model confirmed the cluster spin glass behavior below the MT temperature. The magnetization measurement was conducted using a SQUID magnetometer up to 5 T. The splitting of the ZFC and FC M(T) curves can be explained by the coexistence of ferromagnetic and antiferromagnetic interactions in the W0, W1Ni and W1Sn samples. Since below Neel tempreture the EB effect appears, this transition is named as the conventional exchange bias temperature, (T EB ). In addition magnetocaloric effect (MCE) of samples were investigated by M(T) measurements. Direct measurements of the adiabatic temperature change (?T ad ) have been done using home-built instrument under the magnetic field of 1.96 T. The correct estimation of inverse MCE in materials experiencing MT is important for development of magnetocaloric refrigerators to be used in magnetic-cooling technology. In this work, we compare direct and indirect measurements of value samples in the vicinity of MT. Calculated and observed ?T ad values are found to be in a good agreement. In the direct measurements, the maximum absolute values of the magnetic field induced temperature change of ?T ad =2.2 K at 1.96 T was obtained for W1Ni sample. This value of ?T ad is in the range of the highest ones observed in Ni-Mn-Sn Heusler alloys below 2T. Correct estimation of the inverse MCE in materials experiencing an uninterrupted MT is demonstrated in the present work which is important for the further progress in magnetocaloric cooling. In the end, there is a summary of thesis and suggestions for further studies.
اخیراً مواد مغناطوگرمایی با گذار فاز مرتبه اول (گذار ساختاری) به دلیل تغییر آنتروپی بزرگ مورد توجه قرار گرفته اند، به ویژه در چند سال اخیر تلاش های زیادی برای فهم رابطه ی بین ترکیب، ساختار و ویژگی های مغناطوگرمایی برای بهبود اثر مغناطوگرمایی در حال انجام است. این آلیاژها به دلیل مقرون به‌صرفه بودنشان می توانند جایگزین مناسبی برای ترکیبات گادولونیم باشند که در یخچال های مغناطیسی استفاده می شوند. با این هدف در این پژوهش با آلایش تنگستن ویژگی های ساختاری، مغناطیسی، الکتریکی و مغناطوگرمایی در آلیاژ Ni 47 Mn 40 Sn 13 مورد بررسی قرار گرفت. برای ساخت این آلیاژها از روش آلیاژسازی مکانیکی به دلیل ساده و کم‌هزینه بودن استفاده شد. ابتدا 10 گرم پودر از عناصر اولیه با اسـتوکیومتری مورد نظر به مدت 30 ساعت در اتمسفر آرگون توسـط آسـیاب سـیاره ای آسـیاب شد. در ادامه نمونه ها به‌صورت حجمی در آورده شـد. سپس نمونه ها در لوله هایی از جنس کوارتز تحت خلأ به مدت 16 ساعت در دمای K 1223 بازپخت شدند. تحلیل ساختاری نمونه ی بدون آلایش ساختار آستنیتی L2 1 را نشان داد. اما با افزایش آلایش تنگستن در جایگاه نیکل، منگنز و قلع نمونه ها از حالت تک فازی خارج‌شده و دیگر فازهای ساختاری در الگوی پراش پرتو ایکس مشاهده شد. پذیرفتاری مغناطیسی ac برای تمامی نمونه ها گذار ساختاری را نشان می دهد. با آلایش تنگستن در جایگاه قلع دمای گذار ساختاری به طور منظم افزایش یافت که این روند تغییرات دمای گذار ساختاری با افزایش مقدار e/a و کاهش پارامتر شبکه در ارتباط است. بررسی رفتار دینامیکی نمونه ها نشان داد که نمونه ها دارای رفتار شیشه اسپینی اند. سپس اثر بایاس تبادلی نمونه های W0، W1Ni و W1Sn مورد بررسی قرار گرفت. در این پژوهش، با اندازه گیری بایاس تبادلی از نمونه ها مشاهده شد که نمونه ها در دمای پایین تر از دمای قفل شدگی به دلیل ناهمگنی ساختار مغناطیسی از خود اثر بایاس تبادلی نشان می دهند. در ادامه اثر مغناطوگرمایی نمونه های W0، W1Ni و W1Sn به دو روش مستقیم و غیرمستقیم مورد بررسی قرار گرفت. با آلایش تنگستن در جایگاه نیکل و قلع اثر مغناطوگرمایی مطابق با نتایج حاصل از تغییرات آنتروپی مغناطیسی از مقدار j.kg -1 K -1 89/7 برای نمونه W0 به مقادیر j.kg -1 K -1 92/16 و 03/13، به ترتیب برای نمونه های W1Ni و W1Sn افزایش یافته است. همچنین بررسی اثر مغناطوگرمایی به روش مستقیم با استفاده از منحنی تغییرات دمای بی دررو در حوالی گذار ساختاری برای نمونه های W0، W1Ni و W1Sn نشان داد که تغییرات دمای بی درروی نمونه ها به ترتیب از مقدار K 9/0 به مقادیر K 2/2 و 1/1 بهبود یافته است. مطابق با نتایج، نمونه ی W1Ni به دلیل تفاوت مغناطش اشباع بیشتر فاز مارتنزیت و فاز آستنیت، تغییرات آنتروپی و تغییرات دمای بی درروی قابل‌ملاحظه‌ای را در محدوده ی گذار ساختاری نشان داد. با بررسی و مقایسه ی نتایج می توان روش مناسبی برای مطالعه اثر مغناطوگرمایی معرفی کرد، به دلیل اینکه که تغییرات دمای بی دررو را می توان از دو روش مستقیم و غیرمستقیم برآورد کرد، نتایج ما نشان می دهند که روش مستقیم با روش غیرمستقیم با تقریب خوبی همگرا شده است و با توجه به اینکه روش مستقیم در آزمایشگاه های تحقیقاتی معمول در دسترس نیست، بنابراین می توان از اندازه گیری غیرمستقیم اثر مغناطوگرمایی به کمک داده های M(T) استفاده کرد و اثر مغناطوگرمایی را مورد بررسی و ارزیابی قرار داد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی