Μελέτη μαγνητικών νανοσωματιδίων οξειδίων του σιδήρου με φασματοσκοπία Raman
Creators: name: Τουμαράς, Αθανάσιος Χρήστου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Φασματοσκοπία Raman
Νανοσωματίδια οξειδίων του σιδήρου
Μαγνητικά νανοσωματίδια
Raman spectroscopy
Magnetic nanoparticles
Iron oxides

description: Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετώνται με φασματοσκοπία Raman, μαγνητικά νανοσωματίδια οξειδίων του σιδήρου αλλά και οι επαγόμενες αλλαγές φάσης που προκύπτουν με την θέρμανση τους. Στο πρώτο μέρος της εργασίας παρέχονται οι απαιτούμενες εισαγωγικές θεωρητικές έννοιες για την κατανόηση του φαινομένου Raman με την κλασσική θεώρηση και με την σύγχρονη κβαντομηχανική ερμηνεία, σε μοριακό επίπεδο αλλά και μέσα σε έναν κρύσταλλο. Επίσης, παρουσιάζεται λεπτομερώς η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε και ο τρόπος με τον οποίο πετυχαίνουμε αξιόπιστες μετρήσεις, καθώς είναι χρήσιμες έννοιες για την κατανόηση και ερμηνεία των τελικών αποτελεσμάτων. Στο δεύτερο μέρος παρουσιάζεται το αρχικό μας δείγμα, ο μαγνητίτης και τα νανοσωματίδιά του, ο οποίος έχει πληθώρα εφαρμογών ακόμα και σε κλάδους πέραν της φυσικής και της ιατρικής, λόγω των σημαντικών φυσικών ιδιοτήτων του. Τα δείγματα νανοσωματιδίων είχαν ήδη χαρακτηριστεί από μια σειρά άλλων τεχνικών, τα αποτελέσματα των οποίων παρουσιάζονται σύντομα. Έπειτα, δίνονται συνοπτικές πληροφορίες σχετικά με την ετοιμασία, την δομή και τις βασικές ιδιότητες του μαγνητίτη, αλλά και των δυο φάσεων που παρουσιάζει, αυτές του μαγκεμίτη γ- και του αιματίτη α- . Επίσης, παρουσιάζονται οι αναμενόμενοι τρόποι δόνησης τους για την φασματοσκοπία Raman αλλά και για την συμπληρωματική της φασματοσκοπία υπέρυθρου (IR). Στο τρίτο και τελευταίο μέρος, μελετώνται και ερμηνεύονται τα φάσματα Raman που ελήφθησαν. Είναι γνωστό, πως ο μαγνητίτης με θέρμανση στους 200 οC μετατρέπεται στον μαγκεμίτη, ο οποίος με την σειρά του στους 400 οC περίπου γίνεται αιματίτης. Αυτές οι αλλαγές φάσης μέσω των φασμάτων Raman του υλικού μελετήθηκαν λεπτομερώς τόσο με θέρμανση λόγω ακτινοβόλησης με laser αλλά κυρίως με φούρνο ομοιόμορφης θέρμανσης. Έτσι έγινε εφικτό να προσδιοριστεί με ακρίβεια η θερμοκρασία αλλαγής φάσης των νανοσωματιδίων μαγνητίτη/μαγκεμίτη σε αιματίτη μέσω των φασμάτων Raman.
description: This thesis deals with the study of iron oxides and their phase transitions upon heating by means of Raman spectroscopy. In the first part, an introduction to the required theoretical concepts is presented both in the classical treatment and the quantum mechanical theory, for a molecule and a crystal. The experimental setup and the way to achieve reliable measurements are also presented as they are useful for the understanding and the explanation of the final results. The pristine sample, the magnetite nanoparticles, which is presented in the second part, has a lot of applications not only in physics and medicine. The sample had already been characterized by other techniques and the results are shortly presented. Thereafter, basic information about the preparation, structure and other properties of magnetite and its two phases, the maghemite γ- and the hematite α- are presented. Also, the IR and Raman active modes are presented. In the third, and last, part, the experimental Raman spectra are studied and interpreted in detail. It is well-known that when magnetite is heated at 200 οC it transforms to maghemite, while maghemite converts to hematite at 400 οC, approximately. Heating the sample with increasing laser power and in a heating oven make it possible to see and understand the phase transformations through the Raman spectra. Thus, it became possible to determine accurately the temperature where magnetite/maghemite nanoparticles transform to hematite by means of Raman spectroscopy.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)