Ανάπτυξη διμεταλλικών μαγνητικών νανοσωματιδίων με διαμορφούμενη μαγνητική συμπεριφορά:
Creators: name: Συμεωνίδης, Κωνσταντίνος Θ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Μαγνητισμός
Οξείδια
Σίδηρος
Λευκόχρυσος
Νεοδύμιο
Magnetism
Oxides
Iron
Platinum
Neodymium

description: Πραγματοποιήθηκε μελέτη της συσχέτισης των δομικών και μαγνητικών ιδιοτήτων συστημάτων νανοσωματιδίων με βασικό συστατικό τον Fe, που ήδη χρησιμοποιούνται σε τεχνολογικές εφαρμογές. Ο κύριος στόχος ήταν η κατά μέγεθος και σύσταση ελεγχόμενη σύνθεση μονοδιεσπαρμένων νανοσωματιδίων οξειδίων του Fe, FePt και Nd2Fe14B και η μελέτη των παραγόντων που καθορίζουν την μακροσκοπική μαγνητική συμπεριφορά καθώς και των φαινομένων που αναδεικνύονται στην νανοκλίμακα. Η σύνθεση νανοσωματιδίων οξειδίων του Fe με δομή σπινελίου (Fe3O4, γ-Fe2O3) έγινε με την μέθοδο της θερμικής διάσπασης προδρόμων ενώσεων Fe, σε μεγέθη 4-18 nm. Η διαδικασία οξείδωσης κατά την έκθεση στην ατμόσφαιρα περιλαμβάνει ακαριαία αντίδραση με οξυγόνο και σταδιακό μετασχηματισμό προς γ-Fe2O3, με βραδύ ρυθμό. Σε μικρότερα μεγέθη, 5–13 nm, διαπιστώθηκε ελάττωση της θερμοκρασίας μετάβασης σε υπερπαραμαγνητισμό και της μαγνήτισης, καθώς και παρουσία πεδίου ανταλλαγής σε χαμηλές θερμοκρασίες λόγω αλληλεπίδρασης του πυρήνα των νανοσωματιδίων με ένα στρώμα υαλώδους σπιν στην επιφάνεια. Με ρύθμιση της διαδικασίας σύνθεσης έγινε δυνατή η παρασκευή νανοσωματιδίων με μοναδικό συστατικό το ένα από τα δύο οξείδια. Η παρασκευή μονοφασικών νανοσωματιδίων κράματος FePt και διφασικών συστημάτων FePt–Fe3O4 σε διαμόρφωση πυρήνα-φλοιού και ομογενών μιγμάτων, έγινε με ταυτόχρονη διάσπαση προδρόμων ενώσεων του Fe και του Pt. Ο σημαντικότερος παράγοντας που καθορίζει τις μαγνητικές ιδιότητες είναι η τελική σύσταση των νανοσωματιδίων. Η έντονη θέρμανση αυξάνει το ποσοστό Fe στο κράμα αλλά επιφέρει μείωση της μονοδιασποράς, φαινόμενα συσσωμάτωσης και μερικό μετασχηματισμό στην διατεταγμένη τετραγωνική δομή. Μετά από ανόπτηση, η τετραγωνική ισογραμμομοριακή δομή του FePt επικρατεί όταν η περιεκτικότητα σε Fe ξεπεράσει το 40 %,. Η ανόπτηση νανοσωματιδίων FePt–Fe3O4, με ποσοστό Fe 60–90 %, οδήγησε σε σχηματισμό της φάσης Fe3Pt, ενώ η συνύπαρξη και η σύζευξή της με τετραγωνικό FePt κοντά στο 60 % απέδωσε την μέγιστη τιμή ενεργειακού γινομένου. Τέλος, εξετάστηκε η δυνατότητα παρασκευής νανοσωματιδίων της πολύπλοκης δομής Nd2Fe14B, χρησιμοποιώντας την υγρή άλεση σε σφαιρόμυλο υψηλής ενέργειας που συνδυάζει τα πλεονεκτήματα μηχανικών και χημικών τεχνικών. Το συνεκτικό πεδίο και το μέγιστο ενεργειακό γινόμενο ακολουθούν, αρχικά, αυξητική τάση ως αποτέλεσμα της μείωσης του μεγέθους των κόκκων και της εμφάνισης φαινομένων σύζευξης ανταλλαγής ενώ η απομόνωση των νανοκρυστάλλων σε μεγαλύτερους χρόνους περιορίζει την μαγνητική ανισοτροπία
description: The object of this thesis was to study the correlation between structural and magnetic properties of Fe-based nanoparticle systems, with technological impact. The main goal was to synthesize composition and size controlled monodisperse Fe-oxide, FePt and Nd2Fe14B nanoparticles and to investigate the parameters which define the macroscopic magnetic behavior as well as various nanoscale effects. Fe-oxide nanoparticles with spinel structure (Fe3O4, γ-Fe2O3), were synthesized by thermal decomposition of Fe precursors at various sizes between 4-18 nm. By studying the structural and magnetic properties of 15 nm nanoparticles, at different time intervals, the oxidation process was divided into the instant reaction with oxygen after the exposure of nanoparticles to the atmosphere followed by the much slower transformation to γ-Fe2O3. The reduction of the particle diameter (5–13 nm) was followed by the decrease of the blocking temperature and the magnetization values while the presence of exchange coupling between the core and a spin-glass surface layer was identified. For the preparation of nanoparticles consisting only from one of the spinel oxides some variations in the typical synthetic procedures were successfully applied. The simultaneous decomposition of Fe and Pt precursors was used to produce FePt alloy nanoparticles or two-phase FePt–Fe3O4 binary mixtures or core-shell nanoparticles. Τhe critical parameter that defines magnetic properties is the alloy composition. Ιntense heating leads to the increase of Fe percentage in the alloy but also to lower monodispersity, sintering effects and a partial transformation to the tetragonal ordered phase. Annealing under reducing environment cause the ordering of FePt structures and eventually over 40 %, the domination of the equiatomic tetragonal structure of FePt. Annealing of FePt–Fe3O4 nanoparticles (60 – 90 %) seems to favor the Fe3Pt phase formation while the coexistence and the exchange interaction with tetragonal FePt, close to 60 %, results in the maximum energy product value. The fabrication of Nd2Fe14B nanoparticles was achieved by surfactant-assisted high-energy ball-milling. Coercivity and maximum energy product follow an increasing trend at low milling times as a result of the gradual grain size reduction and exchange coupling effects. The nanocrystal isolation by surfactants lead to the limitation of magnetic anisotropy at higher milling times