გმადლობთ, რომ ეწვიეთ ბუნებას. ბრაუზერის ვერსიას, რომელსაც იყენებთ, აქვს შეზღუდული მხარდაჭერა CSS-ისთვის. საუკეთესო გამოცდილებისთვის გირჩევთ გამოიყენოთ ბრაუზერის უფრო ახალი ვერსია (ან გამორთოთ თავსებადობის რეჟიმი Internet Explorer-ში). ამავდროულად, მუდმივი მხარდაჭერის უზრუნველსაყოფად, ჩვენ გამოვაჩენთ საიტებს სტილისა და JavaScript-ის გარეშე.
SrFe12O19 (SFO) მყარი ჰექსაფერიტის მაგნიტური თვისებები კონტროლდება მისი მიკროსტრუქტურის რთული ურთიერთობით, რაც განსაზღვრავს მათ შესაბამისობას მუდმივი მაგნიტის გამოყენებასთან. აირჩიეთ SFO ნანონაწილაკების ჯგუფი, რომელიც მიღებულია სოლ-გელის სპონტანური წვის სინთეზით და შეასრულეთ სტრუქტურული რენტგენის ფხვნილის დიფრაქციის (XRPD) სიღრმისეული დახასიათება G(L) ხაზის პროფილის ანალიზით. მიღებული კრისტალიტის ზომის განაწილება ავლენს ზომის აშკარა დამოკიდებულებას [001] მიმართულების გასწვრივ სინთეზის მეთოდზე, რაც იწვევს ქერცლიანი კრისტალიტების წარმოქმნას. გარდა ამისა, SFO ნანონაწილაკების ზომა განისაზღვრა გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპის (TEM) ანალიზით და დადგინდა ნაწილაკებში კრისტალიტების საშუალო რაოდენობა. ეს შედეგები შეფასებულია კრიტიკული მნიშვნელობის ქვემოთ ერთი დომენის ფორმირების საილუსტრაციოდ, ხოლო აქტივაციის მოცულობა მიღებულია დროზე დამოკიდებული მაგნიტიზაციის გაზომვებიდან, რომლებიც მიზნად ისახავს მძიმე მაგნიტური მასალების საპირისპირო მაგნიტიზაციის პროცესის გარკვევას.
ნანო მასშტაბის მაგნიტურ მასალებს აქვთ დიდი სამეცნიერო და ტექნოლოგიური მნიშვნელობა, რადგან მათი მაგნიტური თვისებები ავლენს მნიშვნელოვნად განსხვავებულ ქცევას მათ მოცულობასთან შედარებით, რაც ახალ პერსპექტივებსა და გამოყენებას მოაქვს1,2,3,4. ნანოსტრუქტურულ მასალებს შორის M- ტიპის ჰექსაფერიტი SrFe12O19 (SFO) გახდა მუდმივი მაგნიტის გამოყენების მიმზიდველი კანდიდატი5. ფაქტობრივად, ბოლო წლებში, ბევრი კვლევითი სამუშაო გაკეთდა SFO-ზე დაფუძნებული მასალების ნანომასშტაბზე მორგებაზე, სხვადასხვა სინთეზისა და დამუშავების მეთოდების მეშვეობით, ზომის, მორფოლოგიისა და მაგნიტური თვისებების ოპტიმიზაციის მიზნით6,7,8. გარდა ამისა, მას დიდი ყურადღება ექცევა გაცვლითი დაწყვილების სისტემების კვლევასა და განვითარებაში9,10. მისი მაღალი მაგნიტოკრისტალური ანისოტროპია (K = 0.35 MJ/m3), რომელიც ორიენტირებულია მისი ექვსკუთხა გისოსის c ღერძის გასწვრივ 11,12 არის პირდაპირი შედეგი მაგნიტიზმსა და კრისტალურ სტრუქტურას, კრისტალებსა და მარცვლის ზომას, მორფოლოგიასა და ტექსტურას შორის კომპლექსური კორელაციისა. ამიტომ, ზემოაღნიშნული მახასიათებლების კონტროლი არის კონკრეტული მოთხოვნების დაკმაყოფილების საფუძველი. სურათი 1 ასახავს SFO13-ის ტიპურ ექვსკუთხა სივრცის ჯგუფს P63/mmc და სიბრტყეს, რომელიც შეესაბამება ხაზის პროფილის ანალიზის კვლევის ასახვას.
ფერომაგნიტური ნაწილაკების ზომის შემცირების დაკავშირებულ მახასიათებლებს შორის, კრიტიკული მნიშვნელობის ქვემოთ ერთი დომენის მდგომარეობის წარმოქმნა იწვევს მაგნიტური ანისოტროპიის ზრდას (უფრო მაღალი ზედაპირის ფართობის მოცულობის თანაფარდობის გამო), რაც იწვევს იძულებით ველს14,15. ფართო არე კრიტიკული განზომილების (DC) ქვემოთ მყარ მასალებში (ტიპიური მნიშვნელობა არის დაახლოებით 1 μm) და განისაზღვრება ეგრეთ წოდებული თანმიმდევრული ზომით (DCOH)16: ეს ეხება დემაგნიტიზაციის ყველაზე მცირე მოცულობის მეთოდს თანმიმდევრულ ზომებში. (DCOH), გამოხატული, როგორც აქტივაციის მოცულობა (VACT) 14. თუმცა, როგორც ნაჩვენებია 2-ზე, მიუხედავად იმისა, რომ ბროლის ზომა უფრო მცირეა ვიდრე DC, ინვერსიის პროცესი შეიძლება არათანმიმდევრული იყოს. ნანონაწილაკების (NP) კომპონენტებში შებრუნების კრიტიკული მოცულობა დამოკიდებულია მაგნიტურ სიბლანტეზე (S) და მისი მაგნიტური ველის დამოკიდებულება იძლევა მნიშვნელოვან ინფორმაციას NP მაგნიტიზაციის გადართვის პროცესის შესახებ17,18.
ზემოთ: იძულებითი ველის ევოლუციის სქემატური დიაგრამა ნაწილაკების ზომით, რომელიც აჩვენებს მაგნიტიზაციის შებრუნების შესაბამის პროცესს (ადაპტირებული 15-დან). SPS, SD და MD ნიშნავს სუპერპარამაგნიტურ მდგომარეობას, ერთ დომენს და მულტიდომენს, შესაბამისად; DCOH და DC გამოიყენება თანმიმდევრულობის დიამეტრისა და კრიტიკული დიამეტრისთვის, შესაბამისად. ქვედა: სხვადასხვა ზომის ნაწილაკების ესკიზები, რომლებიც აჩვენებენ კრისტალების ზრდას ერთკრისტალიდან პოლიკრისტალურამდე.
თუმცა, ნანომასშტაბში, ასევე დაინერგა ახალი რთული ასპექტები, როგორიცაა ძლიერი მაგნიტური ურთიერთქმედება ნაწილაკებს შორის, ზომის განაწილება, ნაწილაკების ფორმა, ზედაპირის არეულობა და მაგნიტიზაციის მარტივი ღერძის მიმართულება, რაც ანალიზს უფრო რთულს ხდის19. 20 . ეს ელემენტები მნიშვნელოვნად მოქმედებს ენერგეტიკული ბარიერის განაწილებაზე და იმსახურებს ფრთხილად განხილვას, რითაც იმოქმედებს მაგნიტიზაციის შებრუნების რეჟიმზე. ამ საფუძველზე, განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია სწორად გავიგოთ კორელაცია მაგნიტურ მოცულობასა და ფიზიკურ ნანოსტრუქტურულ M- ტიპის ჰექსაფერიტს SrFe12O19-ს შორის. ამიტომ, როგორც მოდელის სისტემა, ჩვენ გამოვიყენეთ SFO-ების ნაკრები, რომელიც მომზადებულია ქვემოდან ზევით sol-gel მეთოდით და ახლახან ჩავატარეთ კვლევა. წინა შედეგები მიუთითებს, რომ კრისტალების ზომა ნანომეტრის დიაპაზონშია და ეს, კრისტალების ფორმასთან ერთად, დამოკიდებულია გამოყენებული სითბოს დამუშავებაზე. გარდა ამისა, ასეთი ნიმუშების კრისტალურობა დამოკიდებულია სინთეზის მეთოდზე და უფრო დეტალური ანალიზია საჭირო კრისტალებისა და ნაწილაკების ზომას შორის კავშირის გასარკვევად. ამ ურთიერთობის გამოვლენის მიზნით, გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპის (TEM) ანალიზის საშუალებით, რიტველდის მეთოდთან და მაღალი სტატისტიკური რენტგენის ფხვნილის დიფრაქციის ხაზის პროფილის ანალიზთან ერთად, კრისტალური მიკროსტრუქტურის პარამეტრები (ანუ კრისტალები და ნაწილაკების ზომა, ფორმა) გულდასმით გაანალიზდა. . XRPD) რეჟიმი. სტრუქტურული დახასიათება მიზნად ისახავს მიღებული ნანოკრისტალიტების ანიზოტროპული მახასიათებლების დადგენას და ხაზის პროფილის ანალიზის მიზანშეწონილობის დამტკიცებას, როგორც მძლავრი ტექნიკის დასახასიათებლად პიკის გაფართოების ნანომასშტაბიანი (ფერიტის) მასალების დიაპაზონში. აღმოჩნდა, რომ მოცულობით შეწონილი კრისტალიტის ზომის განაწილება G(L) ძლიერ არის დამოკიდებული კრისტალოგრაფიულ მიმართულებაზე. ამ ნაშრომში ჩვენ ვაჩვენებთ, რომ დამატებითი ტექნიკა ნამდვილად არის საჭირო ზომასთან დაკავშირებული პარამეტრების ზუსტად ამოსაღებად, რათა ზუსტად აღწეროს ასეთი ფხვნილის ნიმუშების სტრუქტურა და მაგნიტური მახასიათებლები. ასევე შესწავლილი იქნა საპირისპირო მაგნიტიზაციის პროცესი მორფოლოგიური სტრუქტურის მახასიათებლებსა და მაგნიტურ ქცევას შორის კავშირის გასარკვევად.
რენტგენის ფხვნილის დიფრაქციის (XRPD) მონაცემების რიტველდის ანალიზი აჩვენებს, რომ c-ღერძის გასწვრივ კრისტალის ზომა შეიძლება დარეგულირდეს შესაფერისი თერმული დამუშავებით. ის კონკრეტულად გვიჩვენებს, რომ ჩვენს ნიმუშში დაფიქსირებული პიკის გაფართოება, სავარაუდოდ, გამოწვეულია ანისოტროპული კრისტალიტის ფორმის გამო. გარდა ამისა, თანმიმდევრულობა რიტველდის მიერ გაანალიზებულ საშუალო დიამეტრსა და უილიამსონ-ჰოლის დიაგრამას შორის (
(ა) SFOA, (ბ) SFOB და (გ) SFOC-ის ნათელი ველის TEM გამოსახულებები აჩვენებს, რომ ისინი შედგება ფირფიტის მსგავსი ფორმის ნაწილაკებისგან. შესაბამისი ზომის განაწილება ნაჩვენებია პანელის ჰისტოგრამაში (df).
როგორც წინა ანალიზშიც შევნიშნეთ, რეალურ ფხვნილის ნიმუშში კრისტალები ქმნიან პოლიდისპერსიულ სისტემას. იმის გამო, რომ რენტგენის მეთოდი ძალიან მგრძნობიარეა თანმიმდევრული გაფანტვის ბლოკის მიმართ, საჭიროა ფხვნილის დიფრაქციის მონაცემების საფუძვლიანი ანალიზი, რათა აღწეროს თხელი ნანოსტრუქტურები. აქ კრისტალიტების ზომა განიხილება მოცულობით შეწონილი კრისტალის ზომის განაწილების ფუნქციის G(L)23 დახასიათებით, რომელიც შეიძლება განიმარტოს, როგორც სავარაუდო ფორმისა და ზომის კრისტალების პოვნის ალბათობის სიმკვრივე და მისი წონა პროპორციულია ის. მოცულობა, გაანალიზებულ ნიმუშში. პრიზმული კრისტალიტის ფორმის საშუალებით შეიძლება გამოითვალოს საშუალო მოცულობითი კრისტალიტის ზომა (გვერდის საშუალო სიგრძე [100], [110] და [001] მიმართულებით). ამიტომ, ჩვენ შევარჩიეთ სამივე SFO ნიმუში სხვადასხვა ზომის ნაწილაკებით ანიზოტროპული ფანტელების სახით (იხ. მითითება 6), რათა შევაფასოთ ამ პროცედურის ეფექტურობა ნანომასშტაბიანი მასალების კრისტალიტის ზომის ზუსტი განაწილების მისაღებად. ფერიტის კრისტალიტების ანიზოტროპული ორიენტაციის შესაფასებლად, ხაზის პროფილის ანალიზი ჩატარდა შერჩეული მწვერვალების XRPD მონაცემებზე. ტესტირებული SFO ნიმუშები არ შეიცავდა მოსახერხებელ (სუფთა) უმაღლესი რიგის დიფრაქციას კრისტალური სიბრტყეების იმავე ნაკრებიდან, ამიტომ შეუძლებელი იყო ხაზის გაფართოების წვლილის გამიჯვნა ზომისა და დამახინჯებისგან. ამავდროულად, დიფრაქციული ხაზების დაკვირვებული გაფართოება უფრო სავარაუდოა, რომ განპირობებულია ზომის ეფექტით და საშუალო კრისტალიტის ფორმა მოწმდება რამდენიმე ხაზის ანალიზით. სურათი 4 ადარებს მოცულობით შეწონილ კრისტალიტის ზომის განაწილების ფუნქციას G(L) განსაზღვრული კრისტალოგრაფიული მიმართულების გასწვრივ. კრისტალიტის ზომის განაწილების ტიპიური ფორმა არის ლოგინომორალური განაწილება. ყველა მიღებული ზომის განაწილების ერთ-ერთი მახასიათებელია მათი ერთობლიობა. უმეტეს შემთხვევაში, ეს განაწილება შეიძლება მიეკუთვნოს ნაწილაკების წარმოქმნის გარკვეულ პროცესს. სხვაობა არჩეული პიკის საშუალო გამოთვლილ ზომასა და რიტველდის დახვეწიდან ამოღებულ მნიშვნელობას შორის მისაღები დიაპაზონშია (იმის გათვალისწინებით, რომ ამ მეთოდებს შორის ინსტრუმენტის დაკალიბრების პროცედურები განსხვავებულია) და იგივეა, რაც სიბრტყეების შესაბამისი ნაკრებიდან. Debye მიღებული საშუალო ზომა შეესაბამება შერერის განტოლებას, როგორც ნაჩვენებია ცხრილში 2. მოდელირების ორი განსხვავებული ტექნიკის მოცულობის საშუალო კრისტალიტის ზომის ტენდენცია ძალიან მსგავსია და აბსოლუტური ზომის გადახრა ძალიან მცირეა. მიუხედავად იმისა, რომ შეიძლება არსებობდეს უთანხმოება რიტველდთან, მაგალითად, (110) SFOB-ის ასახვის შემთხვევაში, ეს შეიძლება დაკავშირებული იყოს ფონის სწორად განსაზღვრასთან შერჩეული ასახვის ორივე მხარეს 1 გრადუსი 2θ მანძილზე თითოეულში. მიმართულება. მიუხედავად ამისა, ორ ტექნოლოგიას შორის შესანიშნავი შეთანხმება ადასტურებს მეთოდის შესაბამისობას. პიკის გაფართოების ანალიზიდან აშკარაა, რომ [001]-ის გასწვრივ ზომას აქვს სპეციფიკური დამოკიდებულება სინთეზის მეთოდზე, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ქერცლიანი კრისტალები SFO6,21-ში, რომლებიც სინთეზირებულია სოლ-გელით. ეს ფუნქცია გზას უხსნის ამ მეთოდის გამოყენებას შეღავათიანი ფორმის ნანოკრისტალების შესაქმნელად. როგორც ყველამ ვიცით, SFO-ს რთული კრისტალური სტრუქტურა (როგორც ნაჩვენებია სურათზე 1) წარმოადგენს SFO12-ის ფერომაგნიტური ქცევის ბირთვს, ამიტომ ფორმისა და ზომის მახასიათებლების კორექტირება შესაძლებელია ნიმუშის დიზაინის ოპტიმიზაციისთვის აპლიკაციებისთვის (როგორიცაა მუდმივი დაკავშირებული მაგნიტით). ჩვენ აღვნიშნავთ, რომ კრისტალიტის ზომის ანალიზი მძლავრი ხერხია კრისტალიტის ფორმების ანიზოტროპიის აღსაწერად და კიდევ უფრო აძლიერებს ადრე მიღებულ შედეგებს.
(ა) SFOA, (ბ) SFOB, (გ) SFOC შერჩეული ასახვა (100), (110), (004) მოცულობით შეწონილი კრისტალის ზომის განაწილება G(L).
იმისათვის, რომ შევაფასოთ პროცედურის ეფექტურობა, რათა მივიღოთ ნანო-ფხვნილი მასალების ზუსტი კრისტალიტის ზომების განაწილება და გამოვიყენოთ იგი რთულ ნანოსტრუქტურებზე, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 5, ჩვენ დავადასტურეთ, რომ ეს მეთოდი ეფექტურია ნანოკომპოზიტურ მასალებში (ნომინალური მნიშვნელობები). შემთხვევის სიზუსტე შედგენილია SrFe12O19/CoFe2O4 40/60 w/w %). ეს შედეგები სრულად შეესაბამება რიტველდის ანალიზს (შედარებისთვის იხილეთ სურათი 5-ის წარწერა) და ერთფაზიან სისტემასთან შედარებით, SFO ნანოკრისტალებს შეუძლიათ ხაზგასმით აღვნიშნოთ უფრო ფირფიტის მსგავსი მორფოლოგია. მოსალოდნელია, რომ ეს შედეგები გამოიყენებს ამ ხაზის პროფილის ანალიზს უფრო რთულ სისტემებზე, რომლებშიც რამდენიმე სხვადასხვა კრისტალური ფაზა შეიძლება გადაფაროს მათი შესაბამისი სტრუქტურების შესახებ ინფორმაციის დაკარგვის გარეშე.
ნანოკომპოზიტებში SFO ((100), (004)) და CFO (111) შერჩეული ასახვის G(L) კრისტალიტის ზომის განაწილება მოცულობით შეწონილი კრისტალიტის ზომაში; შედარებისთვის, რიტველდის ანალიზის შესაბამისი მნიშვნელობებია 70(7), 45(6) და 67(5) ნმ6.
როგორც ნახაზ 2-ზეა ნაჩვენები, მაგნიტური დომენის ზომის განსაზღვრა და ფიზიკური მოცულობის სწორი შეფასება არის საფუძველი ასეთი რთული სისტემების აღწერისთვის და მაგნიტურ ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების და სტრუქტურული წესრიგის მკაფიო გაგებისთვის. ბოლო დროს დეტალურად იქნა შესწავლილი SFO ნიმუშების მაგნიტური ქცევა, განსაკუთრებული ყურადღება მაგნიტიზაციის უკუპროცესზე, მაგნიტური მგრძნობელობის შეუქცევადი კომპონენტის (χirr) შესწავლის მიზნით (სურათი S3 არის SFOC-ის მაგალითი)6. ამ ფერიტზე დაფუძნებულ ნანოსისტემაში მაგნიტიზაციის შებრუნების მექანიზმის უფრო ღრმა გაგების მიზნით, ჩვენ შევასრულეთ მაგნიტური რელაქსაციის გაზომვა საპირისპირო ველში (HREV) გაჯერების შემდეგ მოცემულ მიმართულებით. განიხილეთ \(M\left(t\right)\proptoSln\left(t\right)\) (იხილეთ სურათი 6 და დამატებითი მასალა დამატებითი ინფორმაციისთვის) და შემდეგ მიიღეთ აქტივაციის მოცულობა (VACT). ვინაიდან ის შეიძლება განისაზღვროს, როგორც მასალის უმცირესი მოცულობა, რომელიც შეიძლება თანმიმდევრულად შეიცვალოს მოვლენაში, ეს პარამეტრი წარმოადგენს შებრუნების პროცესში ჩართულ „მაგნიტურ“ მოცულობას. ჩვენი VACT მნიშვნელობა (იხ. ცხრილი S3) შეესაბამება სფეროს დიამეტრით დაახლოებით 30 ნმ, რომელიც განისაზღვრება, როგორც თანმიმდევრული დიამეტრი (DCOH), რომელიც აღწერს სისტემის დამაგნიტიზაციის შებრუნების ზედა ზღვარს თანმიმდევრული ბრუნვით. მიუხედავად იმისა, რომ ნაწილაკების ფიზიკურ მოცულობაში უზარმაზარი განსხვავებაა (SFOA 10-ჯერ მეტია SFOC-ზე), ეს მნიშვნელობები საკმაოდ მუდმივი და მცირეა, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ყველა სისტემის მაგნიტიზაციის შებრუნების მექანიზმი იგივე რჩება (შეესაბამება იმას, რასაც ჩვენ ვამტკიცებთ. არის ერთი დომენური სისტემა) 24 . საბოლოო ჯამში, VACT-ს აქვს ბევრად უფრო მცირე ფიზიკური მოცულობა, ვიდრე XRPD და TEM ანალიზი (VXRD და VTEM ცხრილში S3). აქედან გამომდინარე, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ გადართვის პროცესი არ ხდება მხოლოდ თანმიმდევრული ბრუნვის გზით. გაითვალისწინეთ, რომ სხვადასხვა მაგნიტომეტრის გამოყენებით მიღებული შედეგები (სურათი S4) იძლევა საკმაოდ მსგავს DCOH მნიშვნელობებს. ამ თვალსაზრისით, ძალზე მნიშვნელოვანია ერთი დომენის ნაწილაკის (DC) კრიტიკული დიამეტრის განსაზღვრა, რათა განისაზღვროს ყველაზე გონივრული შებრუნების პროცესი. ჩვენი ანალიზის მიხედვით (იხ. დამატებითი მასალა), შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ მიღებული VACT მოიცავს არათანმიმდევრული ბრუნვის მექანიზმს, რადგან DC (~0.8 μm) ძალიან შორს არის ჩვენი ნაწილაკების DC-დან (~0.8 μm), ანუ დომენის კედლების ფორმირება არ მოხდა. შემდეგ მიიღო ძლიერი მხარდაჭერა და მიიღო ერთი დომენის კონფიგურაცია. ეს შედეგი შეიძლება აიხსნას ურთიერთქმედების დომენის წარმოქმნით25, 26. ჩვენ ვვარაუდობთ, რომ ერთი კრისტალიტი მონაწილეობს ურთიერთქმედების დომენში, რომელიც ვრცელდება ურთიერთდაკავშირებულ ნაწილაკებამდე ამ მასალების ჰეტეროგენული მიკროსტრუქტურის გამო27,28. მიუხედავად იმისა, რომ რენტგენის მეთოდები მგრძნობიარეა მხოლოდ დომენების მშვენიერი მიკროსტრუქტურის მიმართ (მიკროკრისტალები), მაგნიტური რელაქსაციის გაზომვები იძლევა კომპლექსურ ფენომენებს, რომლებიც შეიძლება მოხდეს ნანოსტრუქტურულ SFO-ებში. აქედან გამომდინარე, SFO მარცვლების ნანომეტრის ზომის ოპტიმიზაციის გზით, შესაძლებელია თავიდან აიცილოთ მრავალდომენიანი ინვერსიის პროცესზე გადასვლა, რითაც შენარჩუნდება ამ მასალების მაღალი იძულებითი მოქმედება.
(ა) SFOC-ის დროზე დამოკიდებული მაგნიტიზაციის მრუდი, რომელიც იზომება სხვადასხვა საპირისპირო ველის HREV მნიშვნელობებზე გაჯერების შემდეგ -5 T და 300 K (მითითებულია ექსპერიმენტული მონაცემების გვერდით) (მაგნიტიზაცია ნორმალიზდება ნიმუშის წონის მიხედვით); სიცხადისთვის, ჩანართი აჩვენებს 0,65 T ველის ექსპერიმენტულ მონაცემებს (შავი წრე), რომელსაც აქვს საუკეთესო მორგება (წითელი ხაზი) (მაგნიტიზაცია ნორმალიზებულია საწყის მნიშვნელობამდე M0 = M(t0)); (ბ) შესაბამისი მაგნიტური სიბლანტე (S) არის ველის SFOC A-ს შებრუნებული ფუნქცია (ხაზი არის თვალის სახელმძღვანელო); (გ) აქტივაციის მექანიზმის სქემა ფიზიკური/მაგნიტური სიგრძის მასშტაბის დეტალებით.
ზოგადად რომ ვთქვათ, მაგნიტიზაციის უკუქცევა შეიძლება მოხდეს ლოკალური პროცესების სერიის მეშვეობით, როგორიცაა დომენის კედლის ნუკლეაცია, გამრავლება და ჩამაგრება და მოხსნა. ერთი დომენიანი ფერიტის ნაწილაკების შემთხვევაში, აქტივაციის მექანიზმი არის ბირთვული შუამავლობით და გამოწვეულია მაგნიტიზაციის ცვლილების შედეგად, რომელიც უფრო მცირეა, ვიდრე მთლიანი მაგნიტური შებრუნების მოცულობა (როგორც ნაჩვენებია სურათზე 6c)29.
კრიტიკულ მაგნიტიზმსა და ფიზიკურ დიამეტრს შორის უფსკრული გულისხმობს, რომ არათანმიმდევრული რეჟიმი არის მაგნიტური დომენის შებრუნების თანმხლები მოვლენა, რაც შეიძლება გამოწვეული იყოს მატერიალური არაჰომოგენურობითა და ზედაპირის უთანასწორობით, რომლებიც დაკავშირებულია, როდესაც ნაწილაკების ზომა იზრდება 25, რაც იწვევს გადახრას. მაგნიტიზაციის ერთიანი მდგომარეობა.
მაშასადამე, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ ამ სისტემაში მაგნიტიზაციის შებრუნების პროცესი ძალიან რთულია და ნანომეტრული მასშტაბის ზომის შემცირების მცდელობები გადამწყვეტ როლს თამაშობს ფერიტისა და მაგნეტიზმის მიკროსტრუქტურის ურთიერთქმედებაში. .
სტრუქტურას, ფორმასა და მაგნიტიზმს შორის კომპლექსური ურთიერთობის გააზრება არის მომავალი აპლიკაციების შემუშავებისა და განვითარების საფუძველი. SrFe12O19-ის შერჩეული XRPD ნიმუშის ხაზის პროფილის ანალიზმა დაადასტურა ჩვენი სინთეზის მეთოდით მიღებული ნანოკრისტალების ანიზოტროპული ფორმა. TEM ანალიზთან ერთად, დადასტურდა ამ ნაწილაკების პოლიკრისტალური ბუნება და შემდგომში დადასტურდა, რომ ამ ნაშრომში გამოკვლეული SFO-ს ზომა უფრო დაბალი იყო, ვიდრე ერთი დომენის კრიტიკული დიამეტრი, მიუხედავად კრისტალური ზრდის მტკიცებულებისა. ამის საფუძველზე, ჩვენ ვთავაზობთ შეუქცევად მაგნიტიზაციის პროცესს, რომელიც დაფუძნებულია ურთიერთდაკავშირებული კრისტალიტებისაგან შემდგარი ურთიერთქმედების დომენის ფორმირებაზე. ჩვენი შედეგები ადასტურებს მჭიდრო კორელაციას ნაწილაკების მორფოლოგიას, კრისტალური სტრუქტურასა და კრისტალიტის ზომას შორის, რომელიც არსებობს ნანომეტრულ დონეზე. ეს კვლევა მიზნად ისახავს გარკვევას მყარი ნანოსტრუქტურული მაგნიტური მასალების შებრუნებული მაგნიტიზაციის პროცესის გარკვევას და მიკროსტრუქტურის მახასიათებლების როლის განსაზღვრას მიღებულ მაგნიტურ ქცევაში.
ნიმუშები სინთეზირებული იყო ლიმონმჟავას გამოყენებით, როგორც ქელატირების აგენტი/საწვავი სოლ-გელის სპონტანური წვის მეთოდის მიხედვით, მოხსენებული მე-6 პუნქტში. სინთეზის პირობები ოპტიმიზირებული იყო სამი სხვადასხვა ზომის ნიმუშის მისაღებად (SFOA, SFOB, SFOC), რომლებიც იყო მიღებული შესაბამისი ანეილირების დამუშავებით სხვადასხვა ტემპერატურაზე (1000, 900 და 800°C შესაბამისად). ცხრილი S1 აჯამებს მაგნიტურ თვისებებს და აღმოაჩენს, რომ ისინი შედარებით მსგავსია. ნანოკომპოზიტი SrFe12O19/CoFe2O4 40/60 w/w% ასევე მომზადდა ანალოგიურად.
დიფრაქციის ნიმუში გაზომილი იყო CuKα გამოსხივების გამოყენებით (λ = 1,5418 Å) Bruker D8 ფხვნილის დიფრაქტომეტრზე და დეტექტორის ჭრილის სიგანე დაყენებული იყო 0,2 მმ-ზე. გამოიყენეთ VANTEC მრიცხველი მონაცემების შესაგროვებლად 2θ დიაპაზონში 10-140°. მონაცემების ჩაწერის დროს ტემპერატურა შენარჩუნებული იყო 23 ± 1 °C-ზე. ასახვა იზომება ნაბიჯ-და-სკანირების ტექნოლოგიით და ყველა ტესტის ნიმუშის ნაბიჯის სიგრძეა 0,013° (2თეტა); საზომი მანძილის მაქსიმალური პიკური მნიშვნელობა არის -2,5 და + 2,5° (2თეტა). თითოეული მწვერვალისთვის სულ გამოითვლება 106 კვანტა, ხოლო კუდისთვის დაახლოებით 3000 კვანტა. რამდენიმე ექსპერიმენტული მწვერვალი (განცალკევებული ან ნაწილობრივ გადახურული) შემდგომი ერთდროული ანალიზისთვის შეირჩა: (100), (110) და (004), რომლებიც დაფიქსირდა SFO სარეგისტრაციო ხაზის ბრაგის კუთხესთან ახლოს ბრაგის კუთხესთან. ექსპერიმენტის ინტენსივობა გამოსწორდა ლორენცის პოლარიზაციის ფაქტორზე და ფონი ამოღებულ იქნა სავარაუდო ხაზოვანი ცვლილებით. NIST სტანდარტი LaB6 (NIST 660b) გამოიყენებოდა ინსტრუმენტის დასაკალიბრებლად და სპექტრული გაფართოებისთვის. გამოიყენეთ LWL (Louer-Weigel-Louboutin) დეკონვოლუციის მეთოდი 30,31 სუფთა დიფრაქციული ხაზების მისაღებად. ეს მეთოდი დანერგილია პროფილის ანალიზის პროგრამაში PROFIT-software32. ნიმუშის გაზომილი ინტენსივობის მონაცემებისა და სტანდარტის ფსევდო ვოიგტის ფუნქციით მორგებიდან, ამოღებულია შესაბამისი სწორი ხაზის კონტური f(x). ზომის განაწილების ფუნქცია G(L) განისაზღვრება f(x)-დან 23-ე მითითებაში წარმოდგენილი პროცედურის დაცვით. დამატებითი დეტალებისთვის იხილეთ დამატებითი მასალა. როგორც ხაზის პროფილის ანალიზის დამატება, FULLPROF პროგრამა გამოიყენება რიტველდის ანალიზის შესასრულებლად XRPD მონაცემებზე (დეტალები შეგიძლიათ იხილოთ Maltoni et al. 6). მოკლედ, რიტველდის მოდელში დიფრაქციული მწვერვალები აღწერილია შეცვლილი ტომპსონ-კოქს-ჰასტინგის ფსევდო ვოიგტის ფუნქციით. LeBail-ის მონაცემების დახვეწა განხორციელდა NIST LaB6 660b სტანდარტზე, რათა აჩვენოს ინსტრუმენტის წვლილი პიკის გაფართოებაში. გამოთვლილი FWHM-ის მიხედვით (სრული სიგანე პიკის ინტენსივობის ნახევარზე), დები-შერერის განტოლება შეიძლება გამოყენებულ იქნას თანმიმდევრული გაფანტული კრისტალური დომენის მოცულობით შეწონილი საშუალო ზომის გამოსათვლელად:
სადაც λ არის რენტგენის გამოსხივების ტალღის სიგრძე, K არის ფორმის კოეფიციენტი (0,8-1,2, ჩვეულებრივ 0,9-ის ტოლია) და θ არის ბრაგის კუთხე. ეს ეხება: შერჩეულ ანარეკლს, სიბრტყეების შესაბამის კომპლექტს და მთელ ნიმუშს (10-90°).
გარდა ამისა, Philips CM200 მიკროსკოპი, რომელიც მუშაობს 200 კვ-ზე და აღჭურვილია LaB6 ძაფით, გამოყენებული იქნა TEM ანალიზისთვის ნაწილაკების მორფოლოგიისა და ზომის განაწილების შესახებ ინფორმაციის მისაღებად.
მაგნიტიზაციის რელაქსაციის გაზომვა ხორციელდება ორი განსხვავებული ინსტრუმენტით: ფიზიკური საკუთრების გაზომვის სისტემა (PPMS) Quantum Design-Vibrating Sample Magnetometer (VSM), აღჭურვილია 9 T სუპერგამტარი მაგნიტით და MicroSense Model 10 VSM ელექტრომაგნიტით. ველი არის 2 T, ნიმუში გაჯერებულია ველში (μ0HMAX:-5 T და 2 T, შესაბამისად, თითოეული ხელსაწყოსთვის), შემდეგ კი საპირისპირო ველი (HREV) გამოიყენება ნიმუშის გადართვის ზონაში (HC-თან ახლოს). ), და შემდეგ მაგნიტიზაციის დაშლა ჩაიწერება დროის ფუნქციით 60 წუთის განმავლობაში. გაზომვა შესრულებულია 300 K-ზე. შესაბამისი აქტივაციის მოცულობა ფასდება იმ გაზომილი მნიშვნელობების საფუძველზე, რომლებიც აღწერილია დამატებით მასალაში.
Muscas, G., Yaacoub, N. & Peddis, D. მაგნიტური დარღვევები ნანოსტრუქტურულ მასალებში. ახალ მაგნიტურ ნანოსტრუქტურაში 127-163 (Elsevier, 2018). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813594-5.00004-7.
Mathieu, R. და Nordblad, P. კოლექტიური მაგნიტური ქცევა. ნანონაწილაკების მაგნეტიზმის ახალ ტენდენციაში, გვერდები 65-84 (2021). https://doi.org/10.1007/978-3-030-60473-8_3.
Dormann, JL, Fiorani, D. & Tronc, E. მაგნიტური რელაქსაცია წვრილი ნაწილაკების სისტემებში. პროგრესი ქიმიურ ფიზიკაში, გვ 283-494 (2007). https://doi.org/10.1002/9780470141571.ch4.
სელმაიერი, დიჯეი და ა.შ. ნანომაგნიტების ახალი სტრუქტურა და ფიზიკა (მოწვეული). J. Application Physics 117, 172 (2015).
de Julian Fernandez, C. და ა.შ. თემატური მიმოხილვა: მყარი ჰექსაფერიტის მუდმივი მაგნიტის გამოყენების პროგრესი და პერსპექტივები. ჯ.ფიზიკა. D. განაცხადი ფიზიკაზე (2020).
Maltoni, P. და ა.შ. SrFe12O19 ნანოკრისტალების სინთეზისა და მაგნიტური თვისებების ოპტიმიზაციის გზით, ორმაგი მაგნიტური ნანოკომპოზიტები გამოიყენება როგორც მუდმივი მაგნიტები. ჯ.ფიზიკა. D. განაცხადი ფიზიკაზე 54, 124004 (2021).
Saura-Múzquiz, M. და ა.შ. გაარკვიეთ კავშირი ნანონაწილაკების მორფოლოგიას, ბირთვულ/მაგნიტურ სტრუქტურასა და აგლომერირებული SrFe12O19 მაგნიტების მაგნიტურ თვისებებს შორის. ნანო 12, 9481–9494 (2020).
Petrecca, M. და ა.შ. მყარი და რბილი მასალების მაგნიტური თვისებების ოპტიმიზაცია გაცვლითი ზამბარის მუდმივი მაგნიტების წარმოებისთვის. ჯ.ფიზიკა. D. განაცხადი ფიზიკაზე 54, 134003 (2021).
მალტონი, P. და ა.შ. დაარეგულირეთ მყარი რბილი SrFe12O19/CoFe2O4 ნანოსტრუქტურების მაგნიტური თვისებები კომპოზიციის/ფაზის შეერთების გზით. ჯ.ფიზიკა. Chemistry C 125, 5927–5936 (2021).
მალტონი, P. და ა.შ. გამოიკვლიეთ SrFe12O19/Co1-xZnxFe2O4 ნანოკომპოზიტების მაგნიტური და მაგნიტური შეერთება. ჯ მაგ. მაგ. ალმა მატერი. 535, 168095 (2021).
Pullar, RC ექვსკუთხა ფერიტები: მიმოხილვა ჰექსაფერიტის კერამიკის სინთეზის, შესრულებისა და გამოყენების შესახებ. რედაქტირება. ალმა მატერი. მეცნიერება. 57, 1191–1334 (2012).
Momma, K. & Izumi, F. VESTA: 3D ვიზუალიზაციის სისტემა ელექტრონული და სტრუქტურული ანალიზისთვის. J. Applied Process Crystallography 41, 653-658 (2008).
Peddis, D., Jönsson, PE, Laureti, S. & Varvaro, G. მაგნიტური ურთიერთქმედება. Frontiers in Nanoscience, გვ. 129-188 (2014). https://doi.org/10.1016/B978-0-08-098353-0.00004-X.
Li, Q. და ა.შ. კორელაცია მაღალკრისტალური Fe3O4 ნანონაწილაკების ზომა/დომენის სტრუქტურასა და მაგნიტურ თვისებებს შორის. მეცნიერება. წარმომადგენელი 7, 9894 (2017 წ.).
Coey, JMD მაგნიტური და მაგნიტური მასალები. (კემბრიჯის უნივერსიტეტის გამოცემა, 2001 წ.). https://doi.org/10.1017/CBO9780511845000.
ლაურეტი, ს. და სხვ. მაგნიტური ურთიერთქმედება CoFe2O4 ნანონაწილაკების სილიციუმით დაფარულ ნანოფოროვან კომპონენტებში კუბური მაგნიტური ანიზოტროპიით. Nanotechnology 21, 315701 (2010).
O'Grady, K. & Laidler, H. მაგნიტური ჩაწერის-მედიის მოსაზრებების შეზღუდვები. ჯ მაგ. მაგ. ალმა მატერი. 200, 616–633 (1999).
Lavorato, GC და ა.შ. მაგნიტური ურთიერთქმედება და ენერგეტიკული ბარიერი ბირთვის/გარსის ორმაგ მაგნიტურ ნანონაწილაკებში გაძლიერებულია. ჯ.ფიზიკა. Chemistry C 119, 15755–15762 (2015).
Peddis, D., Cannas, C., Musinu, A. & Piccaluga, G. ნანონაწილაკების მაგნიტური თვისებები: ნაწილაკების ზომის გავლენის მიღმა. ქიმია ერთი ევრო. J. 15, 7822–7829 (2009).
Eikeland, AZ, Stingaciu, M., Mamakhel, AH, Saura-Múzquiz, M. & Christensen, M. გააძლიეროს მაგნიტური თვისებები SrFe12O19 ნანოკრისტალების მორფოლოგიის კონტროლით. მეცნიერება. წარმომადგენელი 8, 7325 (2018).
Schneider, C., Rasband, W. and Eliceiri, K. NIH Image to ImageJ: გამოსახულების ანალიზის 25 წელი. ა.ნატ. მეთოდი 9, 676–682 (2012).
Le Bail, A. & Louër, D. კრისტალის ზომის განაწილების სიგლუვე და მართებულობა რენტგენის პროფილის ანალიზში. J. Applied Process Crystallography 11, 50-55 (1978).
გონსალესი, JM და ა.შ. მაგნიტური სიბლანტე და მიკროსტრუქტურა: ნაწილაკების ზომაზე დამოკიდებულება გააქტიურების მოცულობაზე. J. Applied Physics 79, 5955 (1996).
Vavaro, G., Agostinelli, E., Testa, AM, Peddis, D. და Laureti, S. ულტრა მაღალი სიმკვრივის მაგნიტურ ჩანაწერში. (ჯენი სტენფორდის პრესა, 2016). https://doi.org/10.1201/b20044.
Hu, G., Thomson, T., Rettner, CT, Raoux, S. & Terris, BD Co∕Pd ნანოსტრუქტურები და ფირის მაგნიტიზაციის შებრუნება. J. Application Physics 97, 10J702 (2005).
ხლოპკოვი, კ., გუტფლაიშ, ო., ჰინცი, დ., მიულერი, კ.-ჰ. & Schultz, L. ურთიერთქმედების დომენის ევოლუცია ტექსტურირებული წვრილმარცვლოვანი Nd2Fe14B მაგნიტში. J. განაცხადის ფიზიკა 102, 023912 (2007).
Mohapatra, J., Xing, M., Elkins, J., Beatty, J. & Liu, JP ზომაზე დამოკიდებული მაგნიტური გამკვრივება CoFe2O4 ნანონაწილაკებში: ზედაპირის ტრიალის დახრის ეფექტი. ჯ.ფიზიკა. D. განაცხადი ფიზიკაზე 53, 504004 (2020).
გამოქვეყნების დრო: დეკ-11-2021
