_DENIZ._.SH_
کاربر نگاه دانلود
- عضویت
- 2015/12/12
- ارسالی ها
- 1,295
- امتیاز واکنش
- 4,424
- امتیاز
- 506
- سن
- 24
خواص مغناطیسی (2)
نویسنده: بهنام غفاری
مقدمه:
خواص مغناطیسی نانومواد از پیچیده‌ترین خواص این مواد است و بررسی جامع آن در حوزه تحصیلات تکمیلی است. با این حال در این بخش سعی شده است تا برخی از اثرات اندازه دانه بر خواص مغناطیسی مواد به صورت بسیار مختصر معرفی گردد.
1- خواص مغناطیسی نانوساختارها
یکی از تغییر خواص جالب و کاربردی که در ابعاد نانو ایجاد میشود، این است که بسیاری از موادی که در ابعاد معمولی خواص مغناطیسی ندارند، با کاهش اندازه دانه و کم‌تر از یک اندازه مشخص در مقیاس فناوری نانو می‌توانند خواص مغناطیسی داشته باشند. برای مثال می‌توان به نانوذرات اکسید آلومینیوم، طلا و غیره اشاره کرد. این امر باعث میشود تا با توجه به محدوده وسیع کاربرد مواد مغناطیسی، مواد جدیدی با خواص بهبود یافته تولید شود.
به صورت کلی از مهم‌ترین دلایل ایجاد خواص مغناطیسی در مواد معمولی، افزایش بسیار زیاد سطح و ایجاد پیوندهای شکسته شده روی سطح است. در بخش قبل آموختید که حضور دو الکترون در یک اوربیتال باعث خنثی شدن میدانهای مغناطیسی شود. اما پیوند شکسته شده و یا ناقص به این مفهوم است که در اوربیتال یک تک الکترون موجود است و الکترون دیگر، میدان مغناطیسی را خنثی نمی‌کند. در مقیاس نانو چون کسر اتمهای روی سطح و پیوندهای شکسته شده بسیار زیاد است، باعث میشود اکثر مواد بتوانند خواص مغناطیسی داشته باشند.
جدای از ظهور خواص مغناطیسی، اندازه دانه بر خواص مواد فرو مغناطیس نیز تاثیرگذار است. همان گونه که اشاره شد، یک ماده‌ی توده‌ای فرومغناطیس با حوزه‌های مغناطیسی که هر کدام حاوی هزاران اتم هستند، شناخته میشود. در یک حوزه‌ی مغناطیسی، جهت چرخش الکترون‌ها یکسان است. اما حوزه‌های مغناطیسی متفاوت، جهات چرخش متفاوتی دارند. جدایش حوزه‌های مغناطیسی به وسیله دیواره‌هایی به نام بلاک صورت می‌پذیرد. اندازه‌های حوزه‌ها و این دیواره‌ها به وسیله‌ی مسائل انرژیکی کنترل میشود. در نتیجه پسماند و وادارندگی اساسا به اندازه ذره بستگی ندارند. با این حال با کاهش شدید اندازه ذرات، تعداد حوزه‌های مغناطیسی کاهش یافته و همسو کردن دوقطبی‌های مغناطیسی راحت‌تر میشود. محدوده‌ای از اندازه ذرات وجود دارد که در آن، ذرات تنها از یک تک حوزه مغناطیسی تشکیل شده‌اند. دلیل این امر این است که در چنین شرایطی ساختارهای چند حوزه‌ای از نظر انرژی غیرمطلوب هستند. در این شرایط وادارندگی و پسماند، شدیدا افزایش مییابد. در ذخیره اطلاعات به صورت مغناطیسی از این محدوده اندازه ذره استفاده میشود. کاهش بیشتر اندازه ذره باعث کاهش ناگهانی پسماند و وادارندگی تا مقدار صفر میشود.
شکل 9:
(نمودار بالا) رابـ ـطه وادارندگی یا پسماند در مواد مغناطیسی بر حسب اندازه دانه.
در ذراتی که تنها از یک حوزه تشکیل شده‌اند، با ادامه کاهش اندازه ذره، وادارندگی و پسماند سریعا به صفر می‌رسند. . این اندازه، محدوده مواد ابرپارامغناطیس است.
(نمودار پایین) تفاوت نمودار پسماند مواد فرومغناطیس، پارامغناطیس و ابرپارامغناطیس.
1-1- خاصیت ابرپارامغناطیسی
یکی از خواص جالب توجه که در نانوذرات عموما بسیار کوچک و در محدوده ذرات تک حوزه دیده میشود، خاصیت ابرپارامغناطیسی یا سوپرپارامغناطیسی است. خواص ابرپارامغناطیس نان ذرات مستقیما تحت تاثیر ناهمسانگردی مغناطیسی نانوذرات است (وابستگی خواص مغناطیسی به جهت مرجح ناهمسانگردی مغناطیسی نامیده میشود). این ناهمسانگردی به عنوان سدی برای تغییر جهت دوقطبی‌های (ممان) مغناطیسی است. هنگامی که اندازه نانوذرات تا حد آستانهای کاهش مییابد، این سد برابر با انرژی فعالسازی گرمایی (KBT) میشود. با وجود سد انرژی ناهمسانگردی کوچک، جهت مغناطیسی نانوذرات به راحتی توسط انرژی فعالسازی گرمایی و یا میدان مغناطیسی خارجی تغییر میکند. اگر انرژی گرمایی بیشتر از سد انرژی باشد، تمام جهات و دوقطبی‌های مغناطیسی در جهات کاتورهای قرار میگیرند. اساسا رفتار کلی نانوذرات مغناطیسی مانند اتمهای پارامغناطیس است، اما ممان مغناطیسی بزرگی دارد. این رفتار ابرپارامغناطیس نامیده میشود. در ماده ابرپارامغناطیس، جهت مغناطیسی نانوذرات به جای جهت خاصی، سریعا در حال تغییر است. همچنین دمایی که سد انرژی ناهمسانگردی مغناطیسی نانوذرات همیشه بر انرژی فعالسازی گرمایی غلبه میکند، دمای بلوکه نامیده میشود.
یک ماده ابرپارامغناطیس هیچ حلقه هیستروزیسی ندارد و میدان وادارندگی آن صفر است. نمودار تغییر وادارندگی و تعداد حوزه‌ها با اندازه ذره و تفاوت نمودار پسماند مواد فرومغناطیس، پارامغناطیس و ابرپارامغناطیس در شکل 9 نشان داده شده است. همان گونه که مشاهده میشود وادارندگی و پسماند مغناطیسی صفر است.
خواص مغناطیسی مطرح شده تنها بخش کوچکی از تغییرات خواص مغناطیسی مواد در مقیاس نانو است، با این حال زمینه مناسبی را برای مطالعات تکمیلی فراهم کرده است. جهت اطلاعات بیشتر می‌توانید به منابع معرفی شده در بخش بیشتر بخوانید مراجعه کنید.
بیشتر بخوانید:
1- در کتاب نانومواد نوشته دیتر ولاث، ترجمه دکتر حمیدرضا رضایی، مهدی مشرف جوادی و میثاق افشار پور، انتشارات دانشگاه علم و صنعت و در فصل 5 به صورت مفصل به خواص مغناطیسی نانومواد پرداخته شده است. 2- در کتاب نانوشیمی، روش‌های ساخت، بررسی خواص و کاربردها تالیف دکتر مسعود صلواتی نیاسری و زینب فرشته، انتشارات سخنوران دانشگاه کاشان و در فصل چهاردهم نیز برخی از جنبه‌های خواص مغناطیسی نانومواد بیان شده است.
نویسنده: بهنام غفاری
مقدمه:
خواص مغناطیسی نانومواد از پیچیده‌ترین خواص این مواد است و بررسی جامع آن در حوزه تحصیلات تکمیلی است. با این حال در این بخش سعی شده است تا برخی از اثرات اندازه دانه بر خواص مغناطیسی مواد به صورت بسیار مختصر معرفی گردد.
1- خواص مغناطیسی نانوساختارها
یکی از تغییر خواص جالب و کاربردی که در ابعاد نانو ایجاد میشود، این است که بسیاری از موادی که در ابعاد معمولی خواص مغناطیسی ندارند، با کاهش اندازه دانه و کم‌تر از یک اندازه مشخص در مقیاس فناوری نانو می‌توانند خواص مغناطیسی داشته باشند. برای مثال می‌توان به نانوذرات اکسید آلومینیوم، طلا و غیره اشاره کرد. این امر باعث میشود تا با توجه به محدوده وسیع کاربرد مواد مغناطیسی، مواد جدیدی با خواص بهبود یافته تولید شود.
به صورت کلی از مهم‌ترین دلایل ایجاد خواص مغناطیسی در مواد معمولی، افزایش بسیار زیاد سطح و ایجاد پیوندهای شکسته شده روی سطح است. در بخش قبل آموختید که حضور دو الکترون در یک اوربیتال باعث خنثی شدن میدانهای مغناطیسی شود. اما پیوند شکسته شده و یا ناقص به این مفهوم است که در اوربیتال یک تک الکترون موجود است و الکترون دیگر، میدان مغناطیسی را خنثی نمی‌کند. در مقیاس نانو چون کسر اتمهای روی سطح و پیوندهای شکسته شده بسیار زیاد است، باعث میشود اکثر مواد بتوانند خواص مغناطیسی داشته باشند.
جدای از ظهور خواص مغناطیسی، اندازه دانه بر خواص مواد فرو مغناطیس نیز تاثیرگذار است. همان گونه که اشاره شد، یک ماده‌ی توده‌ای فرومغناطیس با حوزه‌های مغناطیسی که هر کدام حاوی هزاران اتم هستند، شناخته میشود. در یک حوزه‌ی مغناطیسی، جهت چرخش الکترون‌ها یکسان است. اما حوزه‌های مغناطیسی متفاوت، جهات چرخش متفاوتی دارند. جدایش حوزه‌های مغناطیسی به وسیله دیواره‌هایی به نام بلاک صورت می‌پذیرد. اندازه‌های حوزه‌ها و این دیواره‌ها به وسیله‌ی مسائل انرژیکی کنترل میشود. در نتیجه پسماند و وادارندگی اساسا به اندازه ذره بستگی ندارند. با این حال با کاهش شدید اندازه ذرات، تعداد حوزه‌های مغناطیسی کاهش یافته و همسو کردن دوقطبی‌های مغناطیسی راحت‌تر میشود. محدوده‌ای از اندازه ذرات وجود دارد که در آن، ذرات تنها از یک تک حوزه مغناطیسی تشکیل شده‌اند. دلیل این امر این است که در چنین شرایطی ساختارهای چند حوزه‌ای از نظر انرژی غیرمطلوب هستند. در این شرایط وادارندگی و پسماند، شدیدا افزایش مییابد. در ذخیره اطلاعات به صورت مغناطیسی از این محدوده اندازه ذره استفاده میشود. کاهش بیشتر اندازه ذره باعث کاهش ناگهانی پسماند و وادارندگی تا مقدار صفر میشود.
شکل 9:
(نمودار بالا) رابـ ـطه وادارندگی یا پسماند در مواد مغناطیسی بر حسب اندازه دانه.
در ذراتی که تنها از یک حوزه تشکیل شده‌اند، با ادامه کاهش اندازه ذره، وادارندگی و پسماند سریعا به صفر می‌رسند. . این اندازه، محدوده مواد ابرپارامغناطیس است.
(نمودار پایین) تفاوت نمودار پسماند مواد فرومغناطیس، پارامغناطیس و ابرپارامغناطیس.
1-1- خاصیت ابرپارامغناطیسی
یکی از خواص جالب توجه که در نانوذرات عموما بسیار کوچک و در محدوده ذرات تک حوزه دیده میشود، خاصیت ابرپارامغناطیسی یا سوپرپارامغناطیسی است. خواص ابرپارامغناطیس نان ذرات مستقیما تحت تاثیر ناهمسانگردی مغناطیسی نانوذرات است (وابستگی خواص مغناطیسی به جهت مرجح ناهمسانگردی مغناطیسی نامیده میشود). این ناهمسانگردی به عنوان سدی برای تغییر جهت دوقطبی‌های (ممان) مغناطیسی است. هنگامی که اندازه نانوذرات تا حد آستانهای کاهش مییابد، این سد برابر با انرژی فعالسازی گرمایی (KBT) میشود. با وجود سد انرژی ناهمسانگردی کوچک، جهت مغناطیسی نانوذرات به راحتی توسط انرژی فعالسازی گرمایی و یا میدان مغناطیسی خارجی تغییر میکند. اگر انرژی گرمایی بیشتر از سد انرژی باشد، تمام جهات و دوقطبی‌های مغناطیسی در جهات کاتورهای قرار میگیرند. اساسا رفتار کلی نانوذرات مغناطیسی مانند اتمهای پارامغناطیس است، اما ممان مغناطیسی بزرگی دارد. این رفتار ابرپارامغناطیس نامیده میشود. در ماده ابرپارامغناطیس، جهت مغناطیسی نانوذرات به جای جهت خاصی، سریعا در حال تغییر است. همچنین دمایی که سد انرژی ناهمسانگردی مغناطیسی نانوذرات همیشه بر انرژی فعالسازی گرمایی غلبه میکند، دمای بلوکه نامیده میشود.
یک ماده ابرپارامغناطیس هیچ حلقه هیستروزیسی ندارد و میدان وادارندگی آن صفر است. نمودار تغییر وادارندگی و تعداد حوزه‌ها با اندازه ذره و تفاوت نمودار پسماند مواد فرومغناطیس، پارامغناطیس و ابرپارامغناطیس در شکل 9 نشان داده شده است. همان گونه که مشاهده میشود وادارندگی و پسماند مغناطیسی صفر است.
خواص مغناطیسی مطرح شده تنها بخش کوچکی از تغییرات خواص مغناطیسی مواد در مقیاس نانو است، با این حال زمینه مناسبی را برای مطالعات تکمیلی فراهم کرده است. جهت اطلاعات بیشتر می‌توانید به منابع معرفی شده در بخش بیشتر بخوانید مراجعه کنید.
بیشتر بخوانید:
1- در کتاب نانومواد نوشته دیتر ولاث، ترجمه دکتر حمیدرضا رضایی، مهدی مشرف جوادی و میثاق افشار پور، انتشارات دانشگاه علم و صنعت و در فصل 5 به صورت مفصل به خواص مغناطیسی نانومواد پرداخته شده است. 2- در کتاب نانوشیمی، روش‌های ساخت، بررسی خواص و کاربردها تالیف دکتر مسعود صلواتی نیاسری و زینب فرشته، انتشارات سخنوران دانشگاه کاشان و در فصل چهاردهم نیز برخی از جنبه‌های خواص مغناطیسی نانومواد بیان شده است.
