عنوان پایان‌نامه

سنتز فوم های مغناطیسی نانو ساختار فریت بیسموت و بررسی تاثیرپارامترهای مهم سنتز بر مشخصات آن



    دانشجو در تاریخ ۰۹ آذر ۱۳۹۲ ، به راهنمایی ، پایان نامه با عنوان "سنتز فوم های مغناطیسی نانو ساختار فریت بیسموت و بررسی تاثیرپارامترهای مهم سنتز بر مشخصات آن" را دفاع نموده است.


    رشته تحصیلی
    مهندسی مواد-شناسائی‌-انتخاب‌ وروش ساخت موادمهندسی
    مقطع تحصیلی
    کارشناسی ارشد
    محل دفاع
    کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1056;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 60097
    تاریخ دفاع
    ۰۹ آذر ۱۳۹۲
    دانشجو
    ابراهیم مصطفوی
    استاد راهنما
    ابوالقاسم عطائی
    چکیده
    لینک فایل چکیده
    فریت بیسموت به‌دلیل دارا بودن خواص فروالکتریکی-فرومغناطیسی به‌ طور همزمان در دمای اتاق به مهمترین ماده مالتی‌فروئیکی تبدیل شده و در زمینه‌های کاربردی گوناگونی بکار گرفته می‌شود. در این تحقیق سنتز ترکیبات فریت بیسموت نانوساختار (2/0و0=x) Bi1-xBaxFeO3به روش مرسوم حالت جامد و با تغییر پارامترهایی نظیر نسبت مولی مواد اولیه و دمای کلسیناسیون مورد بررسی قرار گرفت. تکنیک‌هایXRD، Rietveld Refinement، FESEM/EDS، VSM و ارزیابی‌های الکتریکی و دی‌الکتریکی به صورت سیستماتیک و با هدف تعیین نمونه‌های پودری بهینه مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج نشان داد که در نمونه‌های دوپ‌نشده انحراف از حالت استوکیومتری باعث افزایش مقدار فازهای میانی می‌شود. در نسبت استوکیومتری با افزایش دمای‌کلسیناسیون از800به?C850 میانگین اندازه ذرات از40 به nm62 افزایش می‌یابد؛ همچنین با افزایش دما از 800 به?C850 مغناطش اشباع(Ms) از 087/0 به emu/g116/0 و میدان پسماندزدا (Hc) از60 به Oe100 افزایش می‌یابد. در نمونه‌های دوپ‌شده با 20% باریم نیز بهترین خواص مالتی‌فروئیکی برای نمونه‌‌ای که در دمای ?C850 کلسینه‌شده بود، بدست آمد. در این نمونه فریت بیسموت بصورت کاملاً تک‌فاز و با حلقه‌های پسماند مغناطیسی و فروالکتریکی بسیار مناسب در دمای اتاق سنتز شده ومغناطش‌اشباع(Ms) و پلاریزاسیون اشباع(Ps) بترتیب emu/g32/0 و?C/cm281/0 و میدان پسماندزدای مغناطیسی و الکتریکی(Hc و Ec) بترتیب kOe029/1 و kV/cm 78 برای این نمونه گزارش شد. فرآیند سنتز فوم‌های فریت‌ بیسموت به روش حفره‌سازهای فداشونده و با استفاده از حفره‌سازهای مختلف انجام گرفت. نتایج نشان دادند که با استفاده از حفره ساز اوره ساختار متخلخل فریت بیسموت با حفراتی باز و اندازه و توزیع مناسب بدست آمده و واکنش‌های حاصل از تجزیه اوره درحین عملیات حرارتی منجر به تجزیه و تلاشی فاز فریت بیسموت نمی‌شود. نتایج نشان دادند که فوم تهیه شده از فریت بیسموت دوپ‌شده و حفره‌ساز اوره دارای ساختار متخلخلی با استحکام بسیار خوب، چگالی g/cm374/4، مقدار تخلخل5/43%، حفراتی باز با میانگین اندازه حفرات ?m75/7 و با توزیع کاملاً یکنواخت است. بررسی خواص مغناطیسی فوم حاصل نشان داد که مغناطش اشباع(Ms) از emu/g31/2 در نمونه‌ی فشرده به emu/g85/1 در نمونه متخلخل کاهش می‌یابد؛ میدان پسماندزدای مغناطیسی (Hc) با متخلخل شدن ساختار از 3550 به Oe4750 افزایش می‌یابد. همچنین مساحت سطح ویژه‌ای معادل m2/g535/4 برای این نمونه‌ی متخلخل بدست آمد. کلمات کلیدی: مالتی‌فروئیک، فریت بیسموت، نانوساختار، فوم
    Abstract
    Bismuth ferrite, BiFeO3 (BFO), one of very few multiferroics with a simultaneous coexistence of ferroelectric and antiferromagnetic at room temperature, has potential applications in memory devices, sensors and smart devices. In this study, nanostructured Bi1-xBaxFeO3 (x=0, 0.2) compounds were synthesized by conventional solid-state reaction route. The effect of Bi2O3/Fe2O3 molar ratio and calcination temperature on the phase composition, morphology, magnetic, electric and dielectric properties of produced powders were systematically studied using XRD, Rietveld Refinement, FESEM/EDS and VSM techniques, respectively. The results revealed that deviation from the stoichiometric molar ratio yielded higher content of the intermediate phases of Bi2Fe4O9 and Bi25FeO40. In stoichiometric molar ratio samples, with increasing calcination temperature from 800 to 850?C, the mean particle size increased from 40 to 62nm; and also saturation magnetization (Ms) and coercive field (Hc) increased from 0.087 to 0.116 emu/g and 60 to 100 Oe, respectively. For Ba doped compound, Bi0.8Ba0.2FeO3, single phase BFO were obtained at calcination temperatures of 800 and 850?C. Ba substitution induce a structural phase transition from rhombohedral to distorted pseudo-cubic structure, and also leads to effective suppression of spin modulated antiferromagnetic structure and appearance of ferromagnetic state. As a result, the best multiferroic properties were obtained in Bi0.8Ba0.2FeO3 sample calcined at 850?C with remnant polarization and magnetization (Pr and Mr) of 0.81 ?C/cm2 and 0.32 emu/g, and also coercive field (Ec and Hc) of 78 kV/cm and 1.029 kOe, respectively. Synthesis of nano-structured bismuth ferrite foams were carried out with sacrificial pore former method. The results revealed that using urea as a pore former, gives bismuth ferrite foam with fine pore size, uniform pore distribution as well as the open cell pores. Interaction between matrix phase and urea does not make to decomposition of BFO phase in final foam structures. The foam obtained from combination of Bi0.8Ba0.2FeO3 and urea, shows very good mechanical strength, density of 4.74 g/cm3, relatively moderate porosity of 45% with pores uniform distributed within the microstructure as well as open pores with mean pore size of 7.5?m. Magnetic properties results indicated that saturation magnetization (Ms) decreased from 2.31emu/g in compact sample to 1.85 emu/g in foam; and also, coercive field (Hc) increased from 3550 to 4750 Oe. Moreover, BET measurement shows a specific surface area of 4.535 m2/g for bismuth ferrite foam. Keywords: Multiferroic, Bismuth ferrite, Nano-structured, Foam