بررسی ساختار و رفتار مغناطیسی پودر فریت نیکل تولید شده به روش تخلیه قوس پلاسما

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 3، دوره 7، شماره 28، مرداد و شهریور 1396، صفحه 17-26   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

ابوالفضل صفری^{* 1}؛ خلیل الله قیصری²؛ منصور فربد³

¹دانشجوی کارشناسی ارشد رشته شناسایی و انتخاب مواد، گروه مهندسی مواد دانشکده مهندسی دانشگاه شهید چمران اهواز،

²استادیار مهندسی مواد، گروه مهندسی مواد دانشکده مهندسی دانشگاه شهید چمران اهواز

³دانشیار فیزیک، گروه فیزیک دانشکده علوم دانشگاه شهید چمران اهواز

تاریخ دریافت: 18 تیر 1394،  تاریخ بازنگری: 05 اردیبهشت 1395،  تاریخ پذیرش: 25 آبان 1396 

چکیده

در این پژوهش، پودر فریت نیکل با ترکیب NiFe₂O₄ به _‏روش تخلیه قوس پلاسما تهیه شد. به این منظور، مخلوطی از پودرهای آهن و نیکل با نسبت مولی مشخص تهیه و با استفاده از فرآیند متالورژی پودر، به شکل الکترودهای استوانه­ای شکل با اندازه‌های مناسب ساخته شد. با قرارگیری الکترودها در محفظه رآکتور قوس الکتریکی و تنظیم پارامترهای مختلف، قوس الکتریکی بین آن‌ها برقرار شد. فرآیند تولید تحت اتمسفر هوا، فشار 1 اتمسفر و شدت جریان اعمالی 400 آمپر صورت گرفت. پس از ایجاد قوس، پودر تولید شده جمع­آوری و ساختار، ریزساختار و خواص مغناطیسی آن به_‏ ترتیب به _‏کمک روش پراش سنجی پرتوایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدان (FESEM) و مغناطش­سنج نمونه مرتعش (VSM) بررسی شد. همچنین، اندازه بلورک با استفاده از رابطه شرر، پارامتر شبکه و چگالی‌تئوری آن محاسبه گردید .نتایج پراش سنجی، حاکی از تشکیل موفقیت­آمیز فریت­ نیکل با ساختار­ اسپینل است. ارزیابی­های ریزساختاری نشان داد که اندازه میانگین ذرات فریت نیکل تولیدی در حدودnm 120 است. با استفاده از منحنی پسماند مغناطیسی، مغناطش اشباع و میدان پسماندزدای مغناطیسی به ترتیب به میزان  emu/g 82_/43 و Oe 99 اندازه­گیری شد. مشخص شد که میزان مغناطش اشباع تجربی نسبت به مغناطش اشباع نظری کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها

ساختار اسپینل؛ فریت نیکل؛ مغناطش اشباع؛ روش تخلیه قوس پلاسما

عنوان مقاله [English]

Investigation of Structure and Magnetic Properties of Ni Ferrite Powders Synthesized by Plasma Arc Discharge

نویسندگان [English]

A Safari¹؛ KH Gheisari²؛ M Farbod³

چکیده [English]

      In the present work, NiFe2O4 powder was synthesized by plasma arc discharge method. A mixture of iron and nickel powders with the appropriate molar ratio was prepared and formed into the cylindrical shapes. The synthesis process was performed under the air atmosphere with the pressure of 1 atm and the applied arc current of 400 A. After establishing an arc between the electrodes, the as-synthesized powders were collected and their structure, microstructure and magnetic properties were examined by XRD, FESEM and VSM, respectively. The XRD results show that the nickel ferrite with a spinel structure is successfully formed. The microstructural examinations reveal that the average particle size is about 120 nm. Saturation magnetization and coercivity of the as-synthesize powders are found to be 43.82 emu/g and 99 Oe, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

Spinel structure, Ni ferrite, Saturation Magnetization, Plasma arc discharge process

مراجع

1- S. Son, M. Taheri, E. Carpenter, V. G. Harris, and M. E. McHenry, ''Synthesis of ferrite and nickel ferrite nanoparticles using radio-frequency thermal plasma torch''. Journal of Applied Physics, vol. 91, pp. 7589-7591, 2002.           

2- K. Nejati, and R. Zabihi, ''Preparation and magnetic properties of nanosize nickel ferrite particles using hydrothermal method'', Chemistry Central Journal, vol. 6, pp. 1-6, 2012.    

3- Z. Zhang, G. Yao, X. Zhang, J. Ma, and H. Lin, "Synthesis and characterization of nickel ferrite nanoparticles via planetary ball milling assisted solid-state reaction", Ceramics International, vol. 41, pp.. 4523-4530, 2015.           

4- D. Cullity, and C. D. Graham, "Introduction to Magnetic Materials", Second Edition, John Wiley & Sons, New Jersey,2009.

5- ن. برهان، خ. قیصری، و ح. محسنی،توزیع کاتیونی، شاخصه‌های ساختاری و گشتاور مغناطیسی در ساختار کریستالی اسپینل فریت لیتیم-روی تولید شده به روش احتراقی گلیسین- نیترات، مجله مواد نوین، جلد 4، شماره 3، ص 91-102، بهار 1393.        

6- M. S. Al-Hoshan1, J. P. Singh, A. M. Al-Mayouf, A. A. Al-Suhybani, and M. N. Shaddad, '' Synthesis, Physicochemical and Electrochemical Properties of Nickel Ferrite Spinels Obtained by Hydrothermal Method for the Oxygen Evolution Reaction (OER)'', International Journal ofElectrochemical Science, vol. 7, pp. 4959– 4973, 2012.                                           

7- K. Maaz, S. Karim, A. Mumtaz, SK. Hasanain, J. Liu, and J. L. Duan, "Synthesis and magnetic characterization of nickel ferrite nanoparticles prepared by coprecipitation route", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 321, pp. 1838-1842, 2009. 

8- Y. Shi, J. Ding, X. Liu, and J. Wang, "NiFe₂O₄ ultrafine particles prepared by coprecipitation/mechanical alloying", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 205, pp. 249-254, 1999.

9- M. Farbod, A. Movahed, and I. Kazeminezhad, "An investigation of structural phase transformation of monosize γ-Fe₂O₃ nanoparticles fabricated by arc discharge method," Materials Letters, vol. 89, pp. 140-142, 2012.

10- A.R. Mohammadian, S. Hajarpour, Kh. Gheisari, and M. Farbod, "Synthesis of Ni–Mn ferrite–chromite nano particles through plasma arc discharge," Materials Letters, vol. 133, pp. 91-93, 2014.         

11- Z. Wei, T. Xia, L. Bai, J. Wang, Z. Wu, and P. Yan, "Efficient preparation for Ni nanopowders by anodic arc plasma," Materials Letters., vol. 60, pp. 766-770, 2006.

12- M. Farbod, and A. Mohammadian, "Single phase synthesis of g-brass (Cu₅Zn₈) nanoparticles by electric arc discharge method and investigation of their order-disorder transition temperature," Intermetallics, vol. 45, pp. 1-4, 2014.  
    13-A. J. Song, M. Z. Ma, W. G. Zhang, H. T. Zong, S. X. Liang, Q. H. Hao, R. Z. Zhou, Q. Jing, and R. P. Liu, "Preparation and growth of Ni–Cu alloy nanoparticles prepared by arc plasma evaporation," Materials Letters, vol. 64, pp. 1229–1231, 2010.

14- Z. Wei, H. Qiaoc, H. Yanga, C. Zhanga, and X. Yana, "Characterization of NiO nanoparticles by anodic arc plasma method," Journal of Alloys and Compounds, vol. 479, pp. 855–858, 2009.
  15- J. G. Lee, P. Li, C. J. Choi, and X. L. Dong, "Synthesis of Mn–Al alloy nanoparticles by plasma arc discharge," Thin Solid Films, vol. 519, pp. 81-85, 2010.

16- Q. Wang, H. Yang, J. Shi, and G. Zou, "Preparation and characterization of nanocrystalline powders of Cu–Zn alloy by wire electrical explosion method," Materials Letters, vol. 64, pp 1229–1231, 2010.

17- A. B. Nawale, N. S. Kanhe, K.R. Patil, S.V. Bhoraskar, V.L. Mathe, and A.K. Das, ''Magnetic properties of thermal plasma synthesized nanocrystalline nickel ferrite (NiFe₂O₄)'', Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 509, pp. 4404–4413, 2011.                    

18- S. Hajarpour, Kh. Gheisari, and A. HonarbakhshRaouf, ''Characterization of nanocrystalline Mg_0.6Zn_0.4Fe₂O₄ soft ferrites synthesized by glycine-nitrate combustion process'', Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 329, pp. 165–169, 2013.        
     19- J. Tan, W. Zhang, and A.L. Xia, "Facile Synthesis of Inverse Spinel NiFe₂O₄ Nanocrystals and their Superparamagnetic Properties'', Materials Research, vol. 16, pp. 237-241, 2013.     

20- د. قرایلو، و م. معین درباری، بررسی عوامل موثر در پخش شدن مناسب نمونه­ها برای تصویربرداری با TEM، فصلنامه تخصصی دانش آزمایشگاهی ایران، شماره 1، ص 30-36، بهار 1392.          

21- S. Hajarpour, A. Honarbakhsh Raouf, and Kh. Gheisari, "Structural evolution and magnetic properties of nanocrystalline magnesium–zinc soft ferrites synthesized by glycine–nitrate combustion process'', Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 363, pp. 21-25, 2014.