Σύνθεση και μελέτη δομικών και μαγνητικών ιδιοτήτων της διοαμεταλλικής ένωσης Nd2Fe17-xSix
Creators: name: Κωτούλας, Αναστάσιος Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2007
Subjects: Μαγνήτιση κόρου
Μαγνητοκρυσταλλική ανισοτροπία
Dumbbeld Fe (Σιδήρου)
Θερμοκρασία Curie
2 : 17
Πεδίο ανισοτροπίας
Saturation magnetization
Magnetocrystalline anisotropy
Dumbbell Fe
Curie temperature
2 :17
Anisotropy field

description: Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται ο τρόπος παρασκευής και τα αποτελέσματα της μελέτης της διαμεταλλικής ένωσης Nd-Fe-Si με δομή τύπου 2:17 και στοιχειομετρία Nd2Fe17-xSix, όπου το x έπαιρνε τιμές 2 ή 3. Η μητρική δομή από την οποία προέρχεται η 2:17 είναι η 1:5, η οποία είναι η χαρακτηριστική δομή του CaCu5. Εμφανίζεται σε δύο παραλλαγές: τη ρομβοεδρική (τύπου Th2Zn17) και την εξαγωνική (τύπου Th2Ni17) Η δομή 2:17 προκύπτει αν αντικατασταθεί το 1/3 των ατόμων της σπάνιας γαίας από dumbbells σιδήρου ή αλλιώς μπορούμε να πούμε ότι προκύπτει με την αντικατάσταση ενός ατόμου σπάνιας γαίας από ένα dumbbell σιδήρου σε τρεις κυψελίδες της 1:5. Στην παρούσα εργασία θα μας απασχολήσει η 2:17Rh η οποία περιγράφεται από την Ο.Σ.Χ. R3m.Στόχος της προσθήκης του πυριτίου είναι η βελτίωση των μαγνητικών ιδιοτήτων τουNd2Fe17. Επιβεβαιώθηκε πειραματικά ότι η αύξηση της ποσότητας του πυριτίου στηνένωση οδηγεί στη μεταβολή των πλεγματικών παραμέτρων και συγκεκριμένα στημείωση της παραμέτρου a, στην αύξηση της c άρα και στην αύξηση του αδιάστατουμεγέθους c/a. Το γεγονός αυτό αποδεικνύει ότι τα άτομα του πυριτίου δενκαταλαμβάνουν θέσεις dumbbell. Επίσης επιβεβαιώθηκε η μείωση του όγκου τηςμοναδιαίας κυψελίδας, γεγονός που οφείλεται στο μικρότερο μέγεθος του ατόμου τουπυριτίου. Επίσης, η ανάλυση Rietveld έδειξε σημαντική παρουσία της φάσης a-Fe.Σημαντική βελτίωση διαπιστώθηκε στη θερμοκρασία Curie η οποία παρουσίασε μιαμονότονη αύξηση με την αύξηση του πυριτίου. Ο λόγος αυτής της αύξησης είναι ηπροτίμηση των ατόμων Si να καταλαμβάνουν θέσεις ατόμων Fe που συζευγνύονταιαντισιδηρομαγνητικά με άλλα άτομα Fe. Το γεγονός αυτό οδηγεί στη μείωση τωναντισιδηρομαγνητικών δεσμών, άρα στη συνολική αύξηση του σιδηρομαγνητικούχαρακτήρα της διαμεταλλικής ένωσης, επομένως και στην αύξηση της θερμοκρασίαςCurie.Όσον αφορά τη μαγνητοκρυσταλλική ανισοτροπία, διαπιστώθηκε ότι όλες οιδιευθύνσεις στις οποίες υπάρχουν ανακλάσεις βρίσκονται πάνω στο βασικό επίπεδο της2:17 ή έχουν τον προσανατολισμό του άξονα b της μοναδιαίας κυψελίδας, ο οποίοςβρίσκεται και αυτός πάνω στο βασικό επίπεδο. Αυτό σημαίνει ότι η μαγνητοκρυσταλλικήανισοτροπία των ενώσεων αυτών είναι ανισοτροπία εύκολου επιπέδου, δηλαδή τοδιάνυσμα της μαγνητικής ροπής των κρυσταλλιτών βρίσκεται πάνω σε ένα επίπεδο καιμάλιστα στο βασικό. Η ανισοτροπία εύκολου επιπέδου καθιστά τους μαγνήτες μηκατάλληλους για τεχνολογικές εφαρμογές, σε αντίθεση με αυτούς που παρουσιάζουνανισοτροπία εύκολου άξονα. Στις ενώσεις που μελετήθηκαν εδώ η ανισοτροπία εύκολουεπιπέδου μπορεί να μετατραπεί σε εύκολου άξονα με την προσθήκη ενδόθετων ατόμωνάνθρακα ή αζώτου.Σε αντίθεση με άλλες μαγνητικές παραμέτρους που παρατηρήθηκε βελτίωση με τηναύξηση του πυριτίου, με τη μαγνήτιση κόρου κάτι τέτοιο δεν πραγματοποιήθηκε. Τόσοστη θερμοκρασία δωματίου όσο και στη θερμοκρασία των 5 Κ η αύξηση του πυριτίουοδήγησε σε μείωση της μαγνήτισης κόρου. Το ίδιο έγινε και με το πεδίο ανισοτροπίας.Τέλος, με τη βοήθεια του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης ελήφθησανφωτογραφίες από τις επιφάνειες των δύο δειγμάτων και έγινε χημική ανάλυση αυτών. Μετη χημική ανάλυση επιβεβαιώθηκαν τα αποτελέσματα της ανάλυσης Rietveld,επιβεβαιώθηκε δηλαδή η παρουσία της 2:17 και της φάσης a-Fe.
description: This work presents the way of preparation as well as the results of investigated intermetallic compound Nd-Fe-Si with structure of type 2:17 and stoichiometry Nd2Fe17-xSix, where x = 2 or 3.The 2:17 originates from the mother structure 1:5 which is the characteristic structure.The 2:17 originates from the mother structure 1:5 which is the characteristic structureof CaCu5. It appears in two variations: rhombohedral (type Th2Zn17) and hexagonal (typeTh2Ni17). The structure of 2:17 results if we replace the 1/3 of atoms of rare earth fromiron dumbbells. We can also suppose that it results from the replacement of only oneatom of rare earth by an iron dumbbell in three unit cells of 1:5. The main interest of thispaper is 2:17 rhombohedral which is described by the space group R3m.The addition of Si targets to the improvement of magnetic attributes of Nd2Fe17. It isexperimentally confirmed that the increase of the amount of Si in the compound leads tothe change of the cell parameters. Specifically to the decrease of parameter a, the increaseof parameter c and therefore to the increase of c/a. This fact proves that the atoms of Sido not take up dumbbell positions. It is also confirmed the decrease of the volume of theunit cell, due to the smaller size of the atom of Si. Therefore the Rietveld analysis hasshown a significant presence of the a-Fe phase.Remarkable improvement has been observed at Curie temperature which presented amonotonous increase relatively to the raise of Si. That increase is the outcome of thepreference of Si to occupy those positions of Fe atoms that have non-ferromagneticcouplings with other Fe atoms. This fact leads to the reduce of non-ferromagnetic couplesand consequently to the total increase of the ferromagnetic character of the intermetalliccompound, thus to the increase of Curie temperature.As far as it concerns the magnetocrystalline anisotropy it has been confirmed that alldirections where reflections exist are on the basal plane or on the b axis, which is also onthe basal plane, of the unit cell. This means that the magnetocrystalline anisotropy ofthese compounds is easy plane anisotropy. Namely the magnetic moment vector of thecrystallites is on the basal plane. The plane anisotropy makes the magnets unsuitable fortechnological fittings, contrary to those with uniaxial anisotropy. The level anisotropy ofthese compounds can be transformed to uniaxial anisotropy by adding interstitial atomsof N or C.