20892

۲۰۸۹۲

سنتز و بررسي خواص مغناطيسي كامپوزيت هگزافريت استرانسيوم نوع W و فريت كبالت

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد فلزي

۱۳۹۴

۱۳۹۷/۱۲/۱۵

دكتر سيد مرتضي مسعودپناه - دكتر سميه اعلمالهدي

مواد و متالوژي

چكيده امروزه مواد جاذب الكترومغناطيس، از جمله مواد ديالكتريك، مواد مغناطيسي، پليمرها و كامپوزيتها در زمينه تداخل الكترومغناطيسي در دستگاههاي الكترونيكي و به حداقل رساندن بازتاب امواج ماكروويو توجه زيادي را به خود جلب كردهاند. در ميان انواع مواد مغناطيسي، فريتهاي اسپينل و هگزافريتها به طور گستردهاي به دليل جذب بالا، دامنه فركانس كاري بالا و وزن پايين استفاده ميشوند. در ميان انواع فريتهاي هگزاگونال، هگزافريت نوع W داراي بالاترين مغناطش اشباع و ميدان ناهمسانگردي و فركانس رزونانس بالا است كه براي كاربردهاي جذب ماكروويو مناسب است. روش سنتز احتراق محلولي روشي ساده، سريع و كم هزينه است. كه در اين پژوهش از روش احتراق محلولي براي سنتز پودر هگزافريت استرانسيوم نوع W جانشين شده با ZnCo ، استفاده شده است و تاثير پارامتر محتواي سوخت φ برتكامل فاز، ريزساختار و خواص مغناطيسي و جذب بررسي شد. تجزيه و تحليل مادون قرمز تبديل فوريه و محاسبات تئوري براي تعيين و كنترل غلظت سيترات فلزي در پيش سازهاي محلول هگزافريت استرانسيوم نوع W انجام شد. پودرهاي تك فاز 27O16SrZnCoFe با ذرات صفحه اي شكل بزرگ در 1.5 = φ ، پس از كلسينه در دماي 2001 درجه سانتيگراد تشكيل شد؛ در حالي كه فازهاي هگزافريت نوع M و اسپينل در 1.5 > φ تشكيل شدند. پس از تهيه پودر هگزافريت استرانسيوم نوع W به منظور بهبود خواص جذب و تنظيم فركانس تشديد، پودرهاي كامپوزيتي شامل هگزافريت استرانسيوم نوع W / فريت كبالت با درصد وزني wt.%25 و wt.%50 ، به روش احتراق محلولي سنتز شدند. جهت بررسي فازهاي تشكيل شده از آناليز پراش پرتو ايكس) XRD (، بررسي مورفولوژي از ميكروسكوپ روبشي ) SEM ( و خواص مغناطيسي توسط دستگاه مغناطيسسنج نمونه ارتعاشي ( VSM ( استفاده شد. تحليل طيف تلفات بازتاب گرفته شده از تحليلگر ) VNA ( براي هگزافريت استرانسيوم نوع W خالص و نمونههاي كامپوزيتي به منظور بررسي ميزان توانايي اين تركيبات در جذب امواج ماكروويو انجام گرديد و بر اساس نتايج به دست آمده از آنها مشخص شد نمونههاي مورد نظر ميتوانند پوششهاي مناسبي به عنوان جاذب امواج ماكروويو در محدوده ) GHz 12-8 ( باشند. در فريت تك فاز 27O16SrZnCoFe با افزايش م دار سوخت مغناطش اشباع از emu/g 64.8 به emu/g 76.8 افزايش و وادارندگي ابتدا از Oe 355 به Oe 585 افزايش و سپس تا Oe 34.1 كاهش يافت. نتايج جذب براي نمونه خالص حداقل اتلاف انعكاس dB 33.6 - در 10.4 گيگاهرتز و پهناي باند 2.5 گيگاهرتز را براي ضخامت 2.6 ميليمتر نشان ميدهد. با افزايش م دار فريت كبالت از wt.%25 تا wt.%50 براي نمونه كامپوزيتي، مغناطش اشباع از emu/g 74.4 به emu/g 81.4 و م دار وادارندگي از Oe 105 به Oe 129 افزايش يافت. كامپوزيت با تركيب wt.%25 فريت كبالت، حداقل اتلاف انعكاس dB 8.2 - در 10.2 گيگاهرتز و پهناي باند 1.4 گيگاهرتز را براي ضخامت 4 ميليمتر و براي تركيب wt.%50 فريت كبالت، حداقل اتلاف انعكاس dB 7 - در 10.1 گيگاهرتز و پهناي باند 1.1 گيگاهرتز را براي ضخامت 3.5 ميليمتر نشان ميدهد. واژههاي كليدي: جاذب امواج ماكروويو، احتراق محلولي، هگزافريت استرانسيوم نوع W ، فريت كبالت

1398/05/02

Synthesis and magnetic properties of W-type strontium hexafrite/cobalt ferrite composite

7/24/2019 12:00:00 AM

Abstract: It is necessary to explore methods to minimize the radar signal reflected from a vehicle. Microwave absorbing materials including of dielectric and magnetic materials and conducting polymers and composites have attracted a great attention as electromagnetic interference shielding in electronic devices. Among the magnetic materials, the magnetic spinel and hexagonal ferrites are widely used for their strong absorption, wide working frequency range, thin layer and light weight. Spinel and hexagonal ferrites can absorb a narrow band of electromagnetic wave in mega and giga hertz range, respectively, making it difficult to selection a single material as a perfect absorber material. Therefore, the magnetic hard/soft ferrite composites with complementary properties can be a promising solution. Among all types of hexagonal ferrites, W-type hexaferrite possesses the highest saturation magnetization and anisotropy field and high ferromagnetic resonance frequencies of which make it as a strong candidate for the microwave absorber applications. Solution combustion synthesis method has benefits of the facile operation, low cost, energy-efficient and a short reaction time. In this work ZnCo-substituted strontium W-type hexaferrite (SrZnCoFe16O27) has been prepared by solution combustion synthesis method. The effects of fuel content (φ = 0.75, 1 and 1.5) on phase evolution, microstructure and magnetic properties were characterized by X-ray diffractometry, infrared spectroscopy, electron microscopy and vibrating sample magnetometry techniques. Fourier transform infrared analysis and theoretical calculations were conducted to determine and control the concentration of metal citrates in solution precursors. Then in situ nanocomposites of SrZnCoFe16O27/M wt.%CoFe2O4 (M=0, 25, 50) were prepared by one-pot solution combustion synthesis method. Single phase SrZnCoFe16O27 powders with the large platelet-like particles were achieved at φ= 1.5 following calcination at 1200 °C, while the M-type hexaferrite and spinel ferrite phases were formed at φ < 1.5. With the increase of fuel content, the saturation magnetization increased from 64.8 to 76.8 emu/g and coercivity firstly increased from 355 to 585 Oe and then decreased up to 34.1 Oe. After synthesis of single phase, the effect of CoFe2O4 formation on phase evolution, microstructure, magnetic and microwave absorption properties were studied by X-ray diffractometer, electron microscope and vibrating sample magnetometer techniques. Microstructural studies revealed that the SrZnCoFe16O27/M wt.%CoFe2O4 composites consist of platelet-like SrZnCoFe16O27 particles being mixed with cubic-like spinel particles. The saturation magnetization and coercivity of SrZnCoFe16O27/M wt.%CoFe2O4 composite increases from 74 to 81 emu/g and from 105 to 129 Oe with increasing of M from 25 to 50 respectively. The absorption results show reflection loss of -33.6 dB in 10.4 GHz and 2.5 GHz bandwidth of -20 dB for a thickness of 2.6 mm for a 0wt.% compound of Cobalt ferrite. Reflection loss of -8.2 dB in 10.2 GHz and a 1.4 GHz bandwidth of 4.5 dB for a thickness of 4 mm for a 25wt.% compound of Cobalt ferrite and reflection loss of -7 dB in 10.1 GHz and a 1.1 GHz bandwidth of -4.9 dB for a thickness of 3.5 mm for 50wt.% compound of cobalt ferrite. Keywords: Microwave absorber, Solution combustion, W-type Strontium hexaferrite, Cobalt ferrite