تأثیر نانولوله‌های کربنی در بهبود رفتار الکترومغناطیسی نانوذرات هگزافریت نوع W آلاییده شده با کاتیون‌های منگنز و کلسیم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

مقابله با اثرات مخرب امواج الکترومغناطیس نیاز به موادی با قابلیت تلفات انرژی مغناطیسی و انرژی الکتریکی دارد. اینگونه مواد عمدتاً متشکل از یک ماده مغناطیسی و یک ماده رسانای الکتریکی است. در تحقیق حاضر، در ابتدا نانوذرات فریت استرانسیوم آلاییده شده با منگنز و کلسیم با فرمول SrCo2-X(Mn Ca)X/2Fe16O27 (x=0-0/5) به روش هم‌رسوبی سنتز شدند. سپس این نانوذرات به همراه نانولوله‌های کربنیِ عامل‌دار شده (با نسبت حجمی 1 تا 5 درصد)، کامپوزیتی گردید. از آنالیزهای پراش پرتو ایکس، طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی، مغناطومتر نمونه ارتعاشی و آنالیزگر شبکه‌برداری برای بررسی خواص ساختاری، مغناطیسی و مایکروویو نمونه‌ها استفاده گردید. نتایج الگوی پراش پرتو ایکس نشان داد که فاز فریت استرانسیوم در همه ترکیبات تشکیل گردیده و اثری از حضور هرگونه ناخالصی ها در نمونه‌ها وجود نداشت. نتایج میکروسکوپی الکترونی نیز نشان داد که نانوذرات فریتی دیواره خارجی نانولوله‌های کربنی را به‌طور کامل پوشش داده‌اند. نتایج آزمون مغناطومتری نیز نشان داد که با افزایش میزان کاتیون‌های منگنز و کلسیم در فریت استرانسیوم، مغناطش اشباع کاهش و نیروی پسماندزدا افزایش یافته است. تلفات انعکاس نیز در نمونه‌های کامپوزیتی به میزان حداقل 30 درصد بیشتر از نمونه‌های فریتی بود. بیشترین تلفات انعکاس (42/7- دسی‌بل در فرکانس تشدید 12/1 گیگا هرتز) مربوط به نمونه نانوکامپوزیتی حاوی 5 درصد حجمی از نانولوله کربنی بود. البته براساس نتایج، نمونه حاوی 4 درصد حجمی از نانولوله کربنی پهنای باند جذب بیشتری نسبت به سایر نمونه‌ها داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The Effect of Carbon Nanotubes in Improving the Electromagnetic Behavior of W-type Hexaferrite Nanoparticles Doped With Mn and Ca Cations

نویسندگان [English]

  • M. Bozorgmehr
  • A. Ghasemi
  • Gh.R. Gordani
  • M. Tavoosi
Department of Materials Engineering, Malek-Ashtar University of Technology
چکیده [English]

Dealing with the destructive effects of electromagnetic waves requires materials with the ability to lose magnetic and electrical energies. These materials are mainly composed of a magnetic material and an electrically conductive material. In the present research, at first, strontium ferrite nanoparticles doped with manganese and calcium with the formula of SrCo2-X(Mn Ca)X/2Fe16O27 (x=0.0-0.5) were synthesized by co-precipitation method. Then these nanoparticles were composited together with functionalized carbon nanotubes (with a volume ratio of 1 to 5%). X-ray diffraction analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, field emission scanning electron microscopy, vibrating sample magnetometer, and vector network analyzer were used to investigate the structural, magnetic, and microwave properties of the samples. The X-ray diffraction pattern results showed that the strontium ferrite phase was formed in all compounds, and there was no evidence of any impurities in the samples. FE-SEM results indicated that the particles completely covered the outer walls of the carbon nanotubes. Magnetometer test results also showed that with an increase in the amount of manganese and calcium cations in strontium ferrite, the saturation magnetization decreased and the coercive force increased. Reflection losses were also at least 30% higher in composite samples than those of in ferrite samples. The highest reflection loss (7.42 dB at a frequency of 1.12 GHz) was observed in the nanocomposite sample containing 5% by volume of carbon nanotubes. However, based on the results, the sample containing 4% by volume of carbon nanotubes had a wider absorption bandwidth compared to other samples.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Strontium ferrite
  • Reflection losses
  • Carbon nanotubes
  • Electromagnetic waves
  • Nanocomposite

مراجع

  1. Yue D, Zhongwen L, Zhong Y, Ke S, Rongdi G. Effects of La substitution on micromorphology, static magnetic properties and low ferromagnetic resonance linewidth of self-biased M-type Sr hexaferrites for high frequency application. Cer Int 2021;47:8980–8986. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.12.020
  2. Ghasemi A, Hossienpour A, Morisako A, Saatchi A, Salehi M. Electromagnetic properties and microwave absorbing characteristics of doped barium hexaferrite. J Mag Mag Mater 2006;302:429-435. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2005.10.006
  3. Collomb A, Abdelkader O, Wolfers P, Guitel JC, Samaras D. Crystal structure and magnesium location in the W-type hexagonal ferrite. J Mag Mag Mater 1986; 3:247-253.https://doi.org/10.1016/0304-8853(86)90444-0
  4. Morch MI, Ahlburg JV, Saura-Muzquiz M, Eikeland AZ, Christensen M. Structure and magnetic properties of W-type hexaferrites. Int Union Cryst 2019;3:
    492–499. https://doi.org/10.1107/S2052252519003130
  5. Jotania R, Chauhan C, Menon S, Kulkarni B. Synthesis and magnetic properties of barium–calcium hexaferrite particles prepared by sol–gel and microemulsion techniques. J Mag Mag Mater 2008;320:1095-1101. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2007.10.032
  6. Imran Sadiq I, Faiza A, Islam M, Rana M. Influence of rare earth Ce3+ on structural, electrical and magnetic properties of Sr2+ based W-type hexagonal ferrites. Physica B 2012;407:1256–1261. https://doi.org/10.1016/j.physb.2012.01.115
  7. Ghasemi A, Liu X, Morisako A. Microwave absorption properties of Mn–Co–Sn doped barium ferrite nanoparticles. IEEE Trans Mag 2009;45:2456-2459. https://doi.org/1109/TMAG.2009.2018611
  8. Wu Y, Huang Y, Niu L, Zhang Y, Li Y, Wang X. Pr3+-substituted W-type barium ferrite: Preparation and electromagnetic properties. J Mag Mag Mater 2012;324:616-621. https://doi.org/10.1016/j.jmmm. 2011.08.054
  9. Ghasemi A, Liu X, Morisako A. The role of cations distribution on magnetic and reflection loss properties of ferrimagnetic SrFe12-x(Sn5 Zn0.5)xO19. App Phys 2010;107:734-742. https://doi.org/10.1063/1.3338988
  10. You JH, Yoo S. Improved magnetic properties of Zn-substituted strontium W-type hexaferrites. J All Comp2018;763:459–465. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.05.296
  11. You J, Hyo-Jin K, Jung-Woo L, Sang-Im Y. Phase stability of SrZnxFe (2− x) Fe16O27 (0.0≤ x≤ 1.0) in low oxygen pressures. Mat Sci Eng B 2022; 277: 115563. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2021.115563
  12. Chattopadhyay S, Atul B, Madhumita N. Physics of ferrite ceramics. In Cer Sci Eng, Elsevier 2022:165-185. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-89956-7.00009-7
  13. Liu Q, Chongsheng W, Yu W, Xin Y, Jie L, Yingli L, Huaiwu Z. Microstructure and electromagnetic properties of oriented strontium W-type hexaferrite with rare-earth Gd3+Cer Int 2019;9: 12205-12210. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.03.126
  14. Ahmad M, Ali I, Aen F, Islam MU, Ashiq MN, Atiq S, Ahmad W, Rana, MU. Effect of sintering temperature on magnetic and electrical properties of nano-sized Co2W hexaferrites. Cer Int 2012;38:1267-1273. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2011.08.059
  15. Akhtar M, Sumbal J, Mukhtar A, Sulong A, Muhammad A. Sol gel derived MnTi doped Co2 W-type hexagonal ferrites: structural, physical, spectral and magnetic evaluations. Cer Int 2020;6:7842-7849. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.12.003
  16. Goldman A. Modern ferrite technology. Springer Science & Business Media; 2006.
  17. Inoue J, Hiroki K, Hiroyuki N, Hideto Y. Effects of local lattice deformation on magnetic anisotropy of W-type ferrites. J Mag Mag Mater 2022;551:169112. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2022.169112
  18. Mørch M., Mogens C. Controlling the magnetic structure in W-type hexaferrites. J App Cryst 2023;3: 25-56. https://doi.org/10.1107/S1600576723002133
  19. Nakai S, Takeshi W, Yoshikazu T, Masaki K, Hiroto O, Hiroyuki N. Study on Factors Hindering the Single-Phase Formation of Divalent-Ion-Stabilized W-Type Ferrites. Mater trans 2023;5:1072-1077. https://doi.org/10.2320/matertrans.MT-Y2022010
  20. Tang J, Dan L, Yimin L, Chen L, Jishu Z. Influence of Fe Content on Lattice, Structural and Magnetic Analyses of BaFe2+2Fe3+16-xO27± Hexaferrites Prepared by Facile Ceramic Route Methodology. J Elec Mater 2022;51:141-149. https://doi.org/10.1007/ s11664-021-09194-y
  21. Li W, Chuanjian W, Fangyuan Z, Zhong Y, Ziyu L, Xiaona J, Lingfeng L, Zhongwen L, Ke S. Improved coercivity of W-and M-type composite hexaferrites using two different synthesis routes. J Europ Cer Soc 2022;9:3929-3938.https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc. 2022.03.022
  22. Iqbal M, Khan R, Mizukami S, Miyazaki T, Tailoring of structural, electrical and magnetic properties of BaCo2 W-type hexaferrites by doping with Zr–Mn binary mixtures for useful applications. J Mag Mag Mater 2011;323:2137-2144. https://doi. org/10.1016/j.jmmm.2011.03.009
  23. Wang B, Qian W, Yonggang F, Tong L. A review on carbon/magnetic metal composites for microwave absorption. J mater sci tech 2021;86:91-109. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.12.078
  24. Pavia DL, Lampman GM, Kriz GS, Vyvyan JR. Introduction to spectroscopy. Cengage Learning; 2014.
  25. Wang Y, Iqbal Z, Mitra S. Microwave-induced rapid chemical functionalization of single-walled carbon Carbon 2005;43:1015-1020. https://doi.org/ 10.1016/j.carbon.2004.11.036
مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 42، شماره 2
شهریور 1402
صفحه 53-68

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی