26543

بررسي ساختار، ريزساختار و خواص الكترومغناطيسي مگنتيت

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي

1400

1400/12/7

سيد مرتضي مسعودپناه

ماندانا عادلي

مواد و متالورژي

جاذب هاي مايكروويو در زمينه هاي مختلف مانند محافظ الكترومغناطيسي، آنتن و فناوري مخفي كاري براي اهداف نظامي كاربردهاي حياتي دارند و تداخل اين امواج بايد به عنوان يك مسئله جدي در نظر گرفته شود. دو پيش شرط اصلي در طراحي جاذب مايكروويو، داشتن قابليت تلفات دي الكتريك و مغناطيسي هستند. در اين تحقيق پودرهاي كامپوزيت Fe3O4/ rGO با روش سنتز احتراق محلولي تهيه شدند. اثرات نوع سوخت، گلايسين و اوره، بر ريزساختار، خواص جذب مغناطيسي و مايكروويو مشخص شد. كامپوزيتي از فازهاي -Fe2O3 و Fe3O4 توسط سوخت اوره به دست آمد، در حالي كه سوخت گلايسين به تك فاز Fe3O4 منجر شد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي و عبوري نشان داد كه نانوذرات Fe3O4 روي ورقه‌هاي بسيار نازك rGO توزيع شده‌اند. با افزودن rGO، مغناطش اشباع در حضور هر دو سوخت، به دليل تشكيل بيشتر فاز مگنتيت افزايش يافت. پودرهاي كامپوزيت Fe3O4/rGO سنتز شده توسط سوخت اوره، كاهش بازتاب (RL) 28- دسي بل با پهناي باند موثر 4/1 گيگاهرتز در باند C1 در ضخامت 7/3 ميلي متر را نشان دادند. با اين حال، پودرهاي Fe3O4 تهيه شده توسط سوخت گلايسين، خواص جذب بالاتري از جمله RL بالاتر از 33- دسي بل و پهناي باند گسترده تر 3 گيگاهرتز در باند Ku در ضخامت 2/1 ميلي‌متري را نشان دادند. همچنين پودرهاي ZnxFe3-xO4 (x= 0.1, 0.2, and 0.3) به روش احتراق با استفاده از نيترات‌هاي فلزي به عنوان اكسيدان و گلايسين به عنوان سوخت سنتز شدند. خواص جذب، ساختاري، ريزساختاري، مغناطيسي و مايكروويو به عنوان تابعي از جايگزيني Zn2+ مشخص مي‌شود. با افزايش محتواي Zn2+، فاز هماتيت (-Fe2O3) همراه با فاز مگنتيت (Fe3O4) ظاهر شدند. مشاهدات ميكروسكوپ الكتروني روبشي و عبوري نشان داد كه اندازه ذرات از 120 به 70 نانومتر كاهش يافت، در حالي كه با افزودن كاتيون‌هاي Zn2+، مقدار و اندازه منافذ افزايش يافت. پودرهاي Fe2.9Zn0.1O4 سنتز شده داراي بالاترين مغناطيس اشباع emu/g 92 بودند كه به emu/g 72 براي نمونه Fe2.7Zn0.3O4 كاهش يافت. نمونه Fe2.8Zn0.2O4 افت انعكاس شديد 53- دسي بل را در باند Ku در ضخامت مشابه 2 ميلي متر نشان داد. عليرغم كاهش تلفات انعكاس، پهناي باند موثر تا 5/5 گيگاهرتز با محتواي روي افزايش يافت، كه به تطابق امپدانس بهتر و سهم بيشتر مكانيسم هاي تلفات مغناطيسي و دي الكتريك نسبت داده مي شود.

1401/03/11

Investigation of structure, microstructure and electromagnetic properties of magnetite

2/26/2023 12:00:00 AM

Fe3O4/reduced graphene oxide (rGO) composite powders were prepared by solution combustion synthesis method. The effects of fuel type, glycine and urea, on the structure, microstructure, magnetic and microwave absorption properties were characterized by modern methods. A mixture of -Fe2O3 and Fe3O4 phases was obtained by the urea fuel, while the glycine fuel led to the pure Fe3O4 phase. The scanning and transmission electron microscopy showed the Fe3O4 nanoparticles were distributed on the ultrathin rGO sheets. With the addition of rGO, the saturation magnetization increased due to the higher formation of magnetite phase. The Fe3O4/rGO composite powders synthesized by the urea fuel showed a reflection loss (RL) of -28 dB with effective bandwidth of 1.4 GHz in C1 band at the matching thickness of 3.7 mm. However, the pristine Fe3O4 powders prepared by the glycine fuel exhibited higher absorption properties including higher RL of -33 dB and wider bandwidth of 3 GHz in Ku band at the matching thickness of 1.2 mm. Fe3-xZnxO4 (x=0.1, 0.2, and 0.3) powders were synthesized by facile combustion method using metal nitrates as oxidants and glycine as fuel. The structural, microstructural, magnetic, and microwave absorption properties are characterized as a function of Zn2+ substitution. With the increase of Zn2+ contents, some hematite (-Fe2O3) phases appeared together with the magnetite (Fe3O4) phase. The transmission and scanning electron microscopy observations showed that the particle size was decreased from 120 to 70 nm, while the amount and size of pores increased with adding Zn2+ cations. The as-synthesized Fe2.9Zn0.1O4 powders had the highest saturation magnetization of 92 emu/g, which decreased to 72 emu/g for the Fe2.7Zn0.3O4 sample. The Fe2.8Zn0.2O4 sample exhibited an intense reflection loss of -53 dB in the Ku band at the matching thickness of 2 mm. Despite the reduction of reflection loss, the effective bandwidth increased up to 5.5 GHz with the Zn content, which is attributed to the better impedance matching and higher contribution of magnetic and dielectric loss mechanisms.

مگنتيت , اكسيد گرافن احيا شده , جايگزيني روي , خواص مغناطيسي , جذب مايكروويو

Fe3O4 , rGO , Zn substitution , Magnetic properties , Microwave absorption

Amir Tayebi Pak

Dr. Seyyed Morteza Masoud Panah/Dr. Mandana Adeli