دانلود پایان نامه ساخت نانوذرات فریت به روش همرسوبی
کد: B_14
2-1 مقدمه
به طور کلی فریت به آن دسته از مواد مغناطیسی اطلاق می‌شود که جزء اصلی تشکیل دهنده آنها اکسید آهن است و پارامترهای مغناطیسی مطلوبی نظیر ضریب نفوذ پذیری مغناطیسی، اندوکسیون اشباع و مقاومت ویژه الکتریکی بالا (درحدودΩcm1012) از جمله اصلی ترین خصیصه‌های آنها به شمار می رود. بدین جهت کاربردهای بسیار وسیعی را در زمینه صنایع برق، الکترونیک، مخابرات، کامپیوتر و… به خود اختصاص داده‌اند [8 ،9].
2-1-1 تاریخچه
تحققیقات علمی راجع به فریتها از اواسط قرن نوزدهم آغاز شد. پس از آن تحقیقات به طور جدی توسط دو دانشمند ژاپنی به نام های تاکشی و یوگورو در جهت کاربردهای صنعتی دنبال شد نتایج تحقیقات آنها بر روی فریتهای مس و کبالت درسال ۱۹۳۲ ارائه گردید [9].
پس از جنگ جهانی دوم در سال ۱۹۴۶ شخصی به نام اسنوک وجود ماده‌ای مغناطیسی از نوع سرامیک (فریت) را با خاصیت نفوذپذیری مغناطیسی بسیار بالا، مقاومت الکتریکی خوب و تلفات هدایتی کم جهت استفاده در رادارها کشف و در سال ۱۹۴۷ نتیجه تحقیقات خود را منتشر کرد. در سال ۱۹۴۸ شخصی به نام نیل تئوری خود را بر مبنای فری مغناطیس ارائه داد. پس از آن تحقیقات مغناطیس بر اساس فریتها گسترش یافت و دانشمندان دیگر توانستند ترکیبات مختلفی از مخلوط اکسیدهای آهن، نیکل ، منگنز و روی را مورد آزمایش قرار دهند و به نتایج بسیار مطلوبی از نظر مقاومت الکتریکی بالا در مقایسه با فلزات دست یابند [9].
2-1-2 خواص و کاربردها
با وجودی که آلیاژهای مغناطیسی و سیستم‌های فلزی، بالاترین ضریب نفوذپذیری مغناطیسی را دارا می‌باشند اما به دلیل مقاومت الکتریکی پایین، امکان استفاده از آنها در فرکانس های بالاتر ازKHZ۱ عملاً میسر نیست و بنابراين امکان استفاده از فریتهای مغناطیسی سرامیکی از این حیث در محدوده فرکانسی وسیعی وجود دارد.بر این اساس ترکیبات متعددی با ساختارهای کریستالی متفاوت برای کاربردهای مختلف معرفی شده‌اند [9].
2-2 سرامیکهای مغناطیسی چیستند و چه کاربردهایی دارند
مواد مغناطیسی از جمله مواد مهندسی بسیار مهمی هستند که کاربردهای مختلفی را به خود اختصاص داده اند. به طور مثال می توان به کاربرد آنها در سیستم های الکترونیکی اشاره کرد که هر روزه از آنها استفاده می کنیم.
به طور کلی مواد مغناطیسی به دو دسته سخت مغناطیس (نظیر آهنرباهای دائم) و نرم مغناطیس (نظیر مواد مغناطیسی با پسماند مغناطیسی کم) تقسیم بندی می شوند:
1- آهنرباهای دائم سرامیکی: مواد مغناطیسی دائم به دسته ای از مواد اطلاق می شود که خاصیت مغناطیسی خود را پس از حذف میدان مغناطیسی خارجی حفظ می کنند و کاربردهای وسیعی را به خود اختصاص داده اند. به عنوان مثال می توان از کاربرد آنها در یخچال ها، موتورهای جریان مستقیم، نگهدارنده ها، دستگاه های سنجش، بلندگوها و بسیاری موارد دیگر نام برد [10].
فریتهای سخت (آهنربا) یا هگزافریت‌ها خانواده‌ای از آهنرباهای دائم سرامیکی با فرمول عمومی 19O12MFe و همچنین محلولهای جامد آنها، مثلاً (1-x)۱9O12NxMFe هستند (که M و N یکی از عناصر Pb، Ba یا Sr هستند). از آنجایی که این مواد بصورت اکسید بوده و جزو مواد سرامیکی هستند، پس از لحاظ مکانیکی نیز سخت می‌باشند. اما واژه‌ی “فریتهای سخت” نشئت گرفته از سختی مکانیکی آنها نبوده و به علت قابلیت تبدیل این مواد به آهنرباهای دائم با نیروی وامغناطیسی قابل توجه‌است.
2- فریت های نرم مغناطیس: مواد نرم مغناطیس بطور کلی با اعمال میدان های ضعیف مغناطیسی، خاصیت مغناطیسی از خود نشان می د هند. وقتی نیروی اعمالی حذف می شود، خاصیت مغناطیسی باقیمانده در آن ها تضعیف می گردد. اهمیت نرم مغناطیس ها در بسیاری از سیستم های الکتریکی و الکترونیکی مشهود است.
مواد نرم مغناطیس در سیستم های توزیع نیرو، تغییر انرژی الکتریکی به مکانیکی، ارتباطات و مایکروویو مورد استفاده قرار می گیرند. آنها همچنین به عنوان مبدل های الکتریکی و مواد فعال جهت ذخیره سازی اطلاعات در بسیاری از سیستم های اطلاع رسانی عمل می کنند. بسیاری از کاربردهای جدید آنها در اثر بهبود خواص و ویژگی های این مواد بوده است. شکل 2-1 نمونه ای از فریت های تجاری را نشان می دهد. مواد اولیة فریت های نرم مغناطیس، اکسیدهای سرامیکی هستند که اکسید آهن به عنوان جزء اصلی آنها می باشد. فریت ها می توانند ساختار های کریستالی متفاوتی را دارا باشند.
شکل 2-1:نمونه ای از فریت های تجاری
بطور کلی 3 ساختار بلوری برای فریت های تجاری امروزی شناخته شده است:
یکی از ساختارها دارای ساختار اسپینلی می باشد. در اینجا، اکسیدهای آهن یا فلزاتی نظیر: نیکل، منگنز، روی، منیزیم و کبالت بصورت منفرد یا ترکیبی وجود دارند. رده اسپینلی نام خود را از مینرال غیر مغناطیسی 4O2MgAl یا 3O2MgAl گرفته است و دارای ساختار مکعبی پیچیده ای می باشد. در اسپینل های مغناطیسی، یون دوظرفیتی2+M می تواند توسط 2+Cu،2+Co،2+Fe،Zn2+،2+Li،2Mn+،2+ Ni و یا در بیشتر مواقع با ترکیبی از این یون ها جایگزین گردد. یون 2+Fe نیز می تواندجانشین 3+Al گردد.اسپینل های مغناطیسی دارای فرمول عمومی 4O2MFe می باشند. شکل 2-2 فریت های نرم تجاری را نشان می دهد [9].
شکل 2-2: فریت های نرم تجاری
2-3 ساختار اسپینلی
ساختار اسپینل یکی از ساختارهای سه تایی مواد با فرمول عمومی 4O2AB است که در آن A و B کاتیونهای فلزی مختلف هستند. این ساختار را می‌توان ترکیبی از ساختارهای نمک طعام و بلند روی در نظر گرفت. در ساختار اسپینل یونهای دو ظرفیتی A در حفره‌های چهاروجهی و یونهای سه ظرفیتی B در حفره‌های هشت‌وجهی قرار دارند شکل 2-3 ساختار اسپینلی را نشان می دهد [11].
شکل 2-3 ساختار اسپینلی
2-4 ساختار اسپینل معکوس
ساختار اسپینل معکوس یکی از ساختارهای سه‌تایی مواد با فرمول عمومی4O 2AB است که در آن A و B کاتیونهای فلزی مختلف هستند. این ساختار را می‌توان ترکیبی از ساختارهای نمک طعام و بلند روی در نظر گرفت. در ساختار اسپینل یونهای دو ظرفیتی A و نصف یونهای سه ظرفیتی B در حفره‌های هشت‌وجهی و مابقی یونهای سه ظرفیتی B در حفره‌های چهاروجهی قرار دارند.
بسیاری از فریتها مانند4O 3Feساختار اسپینل معکوس دارند [8 ،11].
2-5 چند نکته در مورد فریتها
در ساختار فریتی هر چه ساختار کریستالی به مگنتیت4O 3Fe نزدیک تر باشد و انتگرال تبادلی از نوع منفی به جایگاه A وB نزدیک باشد دمای کوری فریت بیشتر خواهد بود. لذا افزایش مقدار کمی از اکسید آهن می تواند دمای کوری را در ترکیبات افزایش دهد. افزایش دمای کوری از این جهت حائز اهمیت است که ثبات گرمایی جسم در برابر از دست دادن مغناطش و تراوایی مغناطیسی در اثر گرما بالا می رود.
به عنوان مثال فریت نیکل دارای دمای کوری بالایی می باشد ولی چون تراوایی مغناطیسی و اشباع کمی دارد باید با افزودن در صد ناخالصی روی به ترکیب فریت بهینه ای را ساخت.
لازم به ذکر است که نقایص شبکه به اندازه دانه ها، میکروترکها، دمای پخت و مدت زمان آن از عوامل مؤثر در تغییر تراوایی جسم می باشد و باید به دقت کنترل شود. لازمه فریتهای تجاری تراوایی مغناطش بالا می باشد ولی به این نکته باید دقت نمود که تراوایی با افزایش دما و فرکانس تغییر می کند و با تغییرات استوکیومتری مواد و با جایگزینی مواد دیگر در ساختار باید این تغییر را کنترل کنیم. هر چند ممکن است منجر به از دست دادن خلوص دیگری چون تراوایی و مغناطش اشباعی و یا دمای کوری شویم.
همانطور که می دانیم فریتها مقاومت الکتریکی بالایی نسبت به مواد فرومغناطیسی دارند و این امکان را می دهند تا در فرکانسهای بالا از آنها استفاده گردد. از عوامل مؤثر بر مقاومت الکتریکی فریتها دانسیته مرز دانه ها، دما و زمان پخت و سرعت سردکردن نمونه می باشد. افزایش دمای پخت نهایی می تواند باعث افزایش غلظت آهن دو ظرفیتی یا تبخیر روی شده و مقاومت الکتریکی کاهش پیدا کند.
با افزایش چگالی مرزدانه ها به علت تجمع بیشتر اکسیژن در لایه خارجی مقاومت الکتریکی بیشتر می گردد و باعث از بین رفتن یونهای آهن دو ظرفیتی که هنگام پخت به وجود آمده اند می گردد. با افزایش دما واکنش شیمیایی به شکل مقابل رخ می دهد.
اکسیژن خارج شده از محیط کوره باعث به وجود آمدن آهن دو ظرفیتی می شود و تا هنگامی که فشار گاز اکسیژن با فشار درون کوره برابر نگردد این واکنش ادامه پیدا می کند. پس ثابت نگه داشتن اتمسفر داخل کوره از تکنولوژی های مهم در بهینه کردن مقاومت الکتریکی فریت می باشد.
برخی از فریت ها به علت دارا بودن تراوایی مغناطیسی بزرگ به عنوان هسته در ترانسفورماتورها برای افزایش شارمغناطیسی یا اشغال کردن حجم کم بکار می روند ولی به علت پایین بودن مغناطش اشباع آنها نسبت به مغناطیسهای فلزی کاربرد آنها در توانهای بالا و میدانهای بزرگ محدود می شود. این مواد از لحاظ مکانیکی سخت هستند ولی معمولا شکننده می باشند. فریتها از لحاظ شیمیایی مقاوم بوده و عایق الکتریکی و حرارتی خوبی می باشند چون این مواد الکترون آزاد ندارند و کاتیونهای موجود توسط آنیونها محاصره شده بنابراین برای جدا کردن یونها از یکدیگر انرژی قابل توجهی لازم است.
به علت پایین بودن مغناطش اشباع این مواد عملکردشان در فرکانس های بالا دچار اختلال نمی گردد و چون فریت ها در نهایت شکل دهی می شوند بسته به نوع کار آنها می توان شکل دهی مناسب را انجام داد.خواص فریت ها با اندازه ی دانه ها و وجود عیوب در ساختار بلوری تغییر می کند. دمای تفجوشی به زمان آسیاب و مقدار اکسیژن کوره هنگام پخت وجود میکروترکها در دانه باید به شدت کنترل گردد. تا بتوان یک فریت با خواص الکتریکی و مغناطیسی بهینه تولید نمود [11].
برای فریت های نرم که ساخت هسته های القاگر و مبدل های قدرت استفاده می شوند فاکتورهایی مانند نفوذپذیری اولیه، مقاومت الکتریکی، وجود شارپسماند و وادارندگی باید کنترل شود.
برای نفوذپذیری اولیه باید میکرو ساختارها کنترل گردد برای مثال که باعث کاهش مقاومت می شود ولی نفوذپذیری بالا را نتیجه می شود. برای کنترل مقاومت الکتریکی انتخاب و مراحل ساخت بسیار مؤثر می باشد و سرعت سرد شدن بعد از اتمام کار در ایجاد مقاومت مهم است و اگر سرد کردن سریع انجام شود باعث کاهش مقاومت و سرد کردن آهسته باعث افزایش مقاومت می گردد.
سایر ذرات در بزرگ و کوچک بودن نیروی وادارندگی مؤثر است که فریت های سخت وادارندگی بالایی دارند چون ناهمسانگردی بالا دارند.پیچیده ترین تأثیر اندازه ی ذرات، تأثیر بر خواص مغناطیسی ماده است. ذرات مغناطیسی و حتی جامدات غیرمغناطیسی با اندازه های کوچک، نوع جدیدی از خواص مغناطیسی را نشان می دهند. که این خواص متأثر از خاصیت کوانتومی اندازه ذرات است.
اندازه ی ذراتی که منجر به تغییر خواص مغناطیسی ماده می شوند معمولا کمتر از اندازه ی حوزه های مغناطیسی ماده است. بنابراین یک ذره مثل یک اتم مجزا رفتار می کند که گشتاور مغناطیسی بزرگ دارد. کاهش در اندازه ذره منجر به کاهش در انرژی ناهمسانگردی می شود. در نتیجه گشتاور مغناطیسی می تواند با انرژی حرارتی کمتری از یک جهت به جهت های دیگر تغییر کند.
در دماهای بالاتر از یک دمای مشخص، انرژی حرارتی کافی برای ذره وجود دارد تا مثل یک اتم پارامغناطیس با گشتاور مغناطیسی بزرگ رفتار کند. این رفتار سوپر پارامغناطیس نامیده می شود و برای ذرات کوچک قابل مشاهده است.
گفتیم اگر اندازه ذرات کوچک شوند خواص مغناطیسی آنها از جمله خواصی است که تغییر می کند. که برای شناسایی مغناطیسی بد نیست میدان مغناطیسی را بدانیم که از دو قطبی مغناطیسی نتیجه می شود که اساس آن حرکت های اسپینی و مداری الکترون در اتم می باشد. این حرکات باعث ایجاد میدان مغناطیسی می شود.
فریتهایی را می توان ساخت که شامل دو نوع یون دو ظرفیتی متفاوت باشند مثل ( ، ) و یا ( ، )که به آنها فریت های مخلوط گویند. و در صنعت بیشتر کاربرد دارند [12،13].
موضوعی که در فصل آخر در مورد آن بحث می شود یکی از نمونه های فریت مخلوط مکعبی است.
پس از پرداخت آنلاین لینک دانلود فایل همان لحظه به طور خودکار به ایمیل شما ارسال خواهد شد.
جهت آموزش خرید از سایت اینجا کلیک کنید.
——————————————————————————————————————-
نام محصول: دانلود پایان نامه ساخت نانوذرات فریت به روش همرسوبی
قیمت: هزار تومان
فرمت فایل :ورد
تعداد صفحات:230 صفحه
حجم فایل: 9.167 مگا بایت
قابل پرداخت با کلیه کارت های بانکی
