Sr2+ ve Pb2+ katkılandırılmış BaFe12o19 hekzaferritlerin manyeto optik özellikleri
Magneto–optical properties of Sr2+ and Pb2+ substituted BaFe12o19 hexaferrites
Yazar: SERHAT YOKUŞ
Danışman: PROF. DR. ABDULHADİ BAYKAL
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu yüksek lisans çalışmasında, Baryum hekzaferrit (BaM, BaFe12O19)'e, bimetalik (Sr2+ ve Pb2+) katkılamanın, BaM nin kristal yapısına etkisi ve manyeto-optik özelliğindeki değişimin tespit edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, Ba0.3Sr0.4Pb0.3Fe12O19, Ba0.4Sr0.3Pb0.3Fe12O19 ve Ba0.3Sr0.3Pb0.4Fe12O19 hekzaferritler, sol-jel otomatik yanma metodu kullanılarak  sentezlenmiştir. Ürünlerin XRD (X-ışını toz kırınımı) toz kırınım desenleri, ikinci faz oluşumu olmaksızın, istenilen kimyasal formüllerde hekzaferritlerin başarı ile sentezlendiğini ispat etmiştir. Üç ürünün faz analizi, Rietveld analiz yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Ürünlerin kristalit boyut aralığı, Scherrer denklemi kullanılarak, 37 - 41 nm olarak hesaplandı. SEM (Taramalı elektron mikroskobu) analizi, ürünlerin altıgen morfolojisini ve 200-400 nm tane boyutunu ortaya koymuştur. Manyetik histerezis (σ-H) eğrilerine bakıldığında, ürünlerin hepsinin ferromanyetik olduğu kolayca anlaşılmaktadır. Özellikle, Ba0.3Sr0.4Pb0.3Fe12O19 ve Ba0.4Sr0.3Pb0.3Fe12O19 hekzaferritler, uygun manyetik özelliklere (doygunluk manyetizmaları 42.58 ve 38.55 emu/g, koersiv alan 1950 ve 2978 Oe, Squareness oranı (SQR) 0.447 ve 0.454) sahip olduklarından dolayı, yüksek yoğunluklu manyetik kayıt uygulamaları ve kalıcı mıknatıs üretimi için ideal malzemelerdir. Etkili kristal anizotropi sabitleri (Effective crystalline anisotropy constants (Keff)) 3.18x105-3.54x105 Erg/g arasındadır. Gözlemlenen 17000 Oe Ha (anizotropi alanı, (anisotropy field)) ürünlerin sert mıknatıs olduğunu ortaya koymaktadır. Ürünlerin, Eg (doğrudan optik enerji band aralığı, (direct optical energy band gap)) belirlemek için Tauc çizimleri yapılmış ve Eg değerleri sırasıyla Ba0.3Sr0.4Pb0.3Fe12O19, Ba0.4Sr0.3Pb0.3Fe12O19 ve Ba0.3Sr0.3Pb0.4Fe12O19 hekzaferritler için sırasıyla 1.46, 1.51, 1.69 eV olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
In this master thesis, the effect of bimetallic substitution (Sr2+ and Pb2+) on the structural and magneto-optic properties of Barium hexaferrite (BaM, BaFe12O19) was studied. For this purpose, Ba0.3Sr0.4Pb0.3Fe12O19, Ba0.4Sr0.3Pb0.3Fe12O19 and Ba0.3Sr0.3Pb0.4Fe12O19 hexaferrites were synthesized via sol-gel auto combustion roue. XRD (X-ray powder diffraction) powder patterns of the products confirmed the formation of M-type hexaferrites without any secondary phase. Phase analysis of all three products were done by Rietveld analysis. The crystallite sizes of the products were calculated as 37 to 41 nm by Scherrer equation. SEM (Scanning electron microscopy) analyses revealed the hexagonal morphology and 200-400 nm grain size of the prodcuts.  The magnetic hysteresis (σ-H) curves exhibit the ferromagnetic features for all hexaferrites. Especially, Ba0.3Sr0.4Pb0.3Fe12O19 and Ba0.4Sr0.3Pb0.3Fe12O19 hexaferrites have suitable magnetic characteristics (saturation magnetizations as 42.58 and 38.55 emu/g, coercive fields as 1950 and 2978 Oe, larger squareness ratios (SQR) as 0.447 and 0.454, respectively) for high density magnetic recording applications and permanent magnet fabrication. Effective crystalline anisotropy constants (Keff) are between 3.18x105- 3.54x105 Erg/g. The observed 17000 Oe Ha (anisotropy field) reveal that products are hard magnet. Tauc plots were plotted to determine the Eg (direct optical energy band gap) of the samples. The Eg values are 1.46, 1.51, 1.69 eV belonging to Ba0.3Sr0.4Pb0.3Fe12O19, Ba0.4Sr0.3Pb0.3Fe12O19, and Ba0.3Sr0.3Pb0.4Fe12O19 hexaferrites respectively.