ข่าว

ขอบคุณที่มาเยี่ยมชมธรรมชาติเวอร์ชันเบราว์เซอร์ที่คุณใช้มีการรองรับ CSS อย่างจำกัดเพื่อประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์เวอร์ชันใหม่กว่า (หรือปิดโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer)ในเวลาเดียวกัน เพื่อให้มั่นใจว่าได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจะแสดงไซต์ที่ไม่มีสไตล์และ JavaScript
คุณสมบัติทางแม่เหล็กของเฮกซาเฟอร์ไรต์ชนิดแข็ง SrFe12O19 (SFO) ถูกควบคุมโดยความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนของโครงสร้างจุลภาค ซึ่งจะกำหนดความเกี่ยวข้องกับการใช้งานแม่เหล็กถาวรเลือกกลุ่มของอนุภาคนาโน SFO ที่ได้จากการสังเคราะห์การเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองของโซล-เจล และดำเนินการระบุคุณลักษณะการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์แบบผงเชิงโครงสร้าง (XRPD) ในเชิงลึกโดยการวิเคราะห์โปรไฟล์เส้น G(L)การกระจายขนาดผลึกที่ได้รับเผยให้เห็นการขึ้นต่อกันของขนาดอย่างชัดเจนตามทิศทาง [001] ของวิธีการสังเคราะห์ ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของผลึกที่มีลักษณะเป็นขุยนอกจากนี้ ขนาดของอนุภาคนาโน SFO ยังถูกกำหนดโดยการวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) และประมาณจำนวนผลึกเฉลี่ยในอนุภาคผลลัพธ์เหล่านี้ได้รับการประเมินเพื่อแสดงให้เห็นการก่อตัวของสถานะโดเมนเดี่ยวที่ต่ำกว่าค่าวิกฤต และปริมาณการเปิดใช้งานได้มาจากการวัดสนามแม่เหล็กที่ขึ้นกับเวลา โดยมีวัตถุประสงค์เพื่ออธิบายกระบวนการแม่เหล็กย้อนกลับของวัสดุแม่เหล็กแข็ง
วัสดุแม่เหล็กขนาดนาโนมีความสำคัญทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอย่างมาก เนื่องจากคุณสมบัติทางแม่เหล็กของพวกมันแสดงพฤติกรรมที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับขนาดปริมาตร ซึ่งนำมาซึ่งมุมมองและการประยุกต์ใหม่ ๆ1,2,3,4ในบรรดาวัสดุที่มีโครงสร้างนาโน Hexaferrite SrFe12O19 (SFO) ชนิด M ได้กลายเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานแม่เหล็กถาวรในความเป็นจริง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีงานวิจัยจำนวนมากเกี่ยวกับการปรับแต่งวัสดุที่ใช้ SFO ในระดับนาโนผ่านวิธีการสังเคราะห์และการประมวลผลที่หลากหลาย เพื่อปรับขนาด สัณฐานวิทยา และคุณสมบัติทางแม่เหล็กให้เหมาะสม6,7,8นอกจากนี้ยังได้รับความสนใจอย่างมากในการวิจัยและพัฒนาระบบการแลกเปลี่ยนคัปปลิ้ง9,10แอนไอโซโทรปีของสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มข้นสูง (K = 0.35 MJ/m3) ซึ่งวางตัวตามแนวแกน c ของโครงตาข่ายหกเหลี่ยม 11,12 เป็นผลโดยตรงจากความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนระหว่างสนามแม่เหล็กและโครงสร้างผลึก ผลึกและขนาดเกรน สัณฐานวิทยา และพื้นผิวดังนั้นการควบคุมลักษณะข้างต้นจึงเป็นพื้นฐานในการตอบสนองความต้องการเฉพาะรูปที่ 1 แสดงกลุ่มพื้นที่หกเหลี่ยมทั่วไป P63/mmc ของ SFO13 และระนาบที่สอดคล้องกับการสะท้อนของการศึกษาการวิเคราะห์โปรไฟล์เส้น
ในบรรดาคุณลักษณะที่เกี่ยวข้องของการลดขนาดอนุภาคเฟอร์โรแมกเนติก การก่อตัวของสถานะโดเมนเดียวที่ต่ำกว่าค่าวิกฤตินำไปสู่การเพิ่มขึ้นของแอนไอโซโทรปีแม่เหล็ก (เนื่องจากอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรที่สูงขึ้น) ซึ่งนำไปสู่สนามบีบบังคับพื้นที่กว้างด้านล่างมิติวิกฤติ (DC) ในวัสดุแข็ง (ค่าโดยทั่วไปคือประมาณ 1 µm) และถูกกำหนดโดยสิ่งที่เรียกว่าขนาดต่อเนื่องกัน (DCOH)16: นี่หมายถึงวิธีการที่มีปริมาตรน้อยที่สุดสำหรับการล้างอำนาจแม่เหล็กในขนาดที่สอดคล้องกัน (DCOH) แสดงเป็นปริมาตรกระตุ้น (VACT) 14 อย่างไรก็ตาม ดังแสดงในรูปที่ 2 แม้ว่าขนาดคริสตัลจะเล็กกว่า DC แต่กระบวนการผกผันอาจไม่สอดคล้องกันในส่วนประกอบของอนุภาคนาโน (NP) ปริมาตรวิกฤตของการกลับตัวขึ้นอยู่กับความหนืดของแม่เหล็ก (S) และการพึ่งพาสนามแม่เหล็กจะให้ข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับกระบวนการสวิตชิ่งของการดึงดูดของ NP
ด้านบน: แผนผังวิวัฒนาการของสนามบีบบังคับที่มีขนาดอนุภาค ซึ่งแสดงกระบวนการกลับตัวของสนามแม่เหล็กที่สอดคล้องกัน (ดัดแปลงจาก 15)SPS, SD และ MD ย่อมาจากสถานะซุปเปอร์พาราแมกเนติก โดเมนเดียว และหลายโดเมน ตามลำดับDCOH และ DC ใช้สำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางเชื่อมโยงกันและเส้นผ่านศูนย์กลางวิกฤติตามลำดับด้านล่าง: ภาพร่างของอนุภาคขนาดต่างๆ ซึ่งแสดงการเติบโตของผลึกตั้งแต่ผลึกเดี่ยวไปจนถึงโพลีคริสตัลไลน์และระบุขนาดผลึกและอนุภาคตามลำดับ
อย่างไรก็ตาม ในระดับนาโน ยังมีการนำเสนอแง่มุมที่ซับซ้อนใหม่ๆ เช่น ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กที่รุนแรงระหว่างอนุภาค การกระจายขนาด รูปร่างของอนุภาค ความผิดปกติของพื้นผิว และทิศทางของแกนง่ายของการดึงดูด ซึ่งทั้งหมดนี้ทำให้การวิเคราะห์มีความท้าทายมากขึ้น 20.องค์ประกอบเหล่านี้ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการกระจายตัวกั้นพลังงาน และสมควรได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบ ซึ่งส่งผลต่อโหมดการกลับตัวของสนามแม่เหล็กบนพื้นฐานนี้ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรแม่เหล็กกับเฮกซาเฟอร์ไรต์ SrFe12O19 ชนิด M ที่มีโครงสร้างนาโนทางกายภาพอย่างถูกต้องดังนั้น ในฐานะระบบแบบจำลอง เราใช้ชุด SFO ที่เตรียมโดยวิธีโซลเจลจากล่างขึ้นบน และเพิ่งดำเนินการวิจัยผลลัพธ์ก่อนหน้านี้ระบุว่าขนาดของผลึกอยู่ในช่วงนาโนเมตร และเมื่อรวมกับรูปร่างของผลึกแล้ว ขึ้นอยู่กับการบำบัดความร้อนที่ใช้นอกจากนี้ สภาพผลึกของตัวอย่างดังกล่าวยังขึ้นอยู่กับวิธีการสังเคราะห์ และจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์โดยละเอียดเพิ่มเติมเพื่อชี้แจงความสัมพันธ์ระหว่างผลึกและขนาดอนุภาคเพื่อที่จะเปิดเผยความสัมพันธ์นี้ ผ่านการวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) รวมกับวิธี Rietveld และการวิเคราะห์เส้นโปรไฟล์ของการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์แบบผงทางสถิติสูง พารามิเตอร์โครงสร้างจุลภาคของคริสตัล (เช่น ผลึกและขนาดอนุภาค รูปร่าง) ได้รับการวิเคราะห์อย่างระมัดระวัง .โหมด XRPD)การแสดงคุณลักษณะเชิงโครงสร้างมีจุดมุ่งหมายเพื่อกำหนดลักษณะเฉพาะแบบแอนไอโซทรอปิกของนาโนคริสตัลไลต์ที่ได้รับ และเพื่อพิสูจน์ความเป็นไปได้ของการวิเคราะห์โปรไฟล์เส้นซึ่งเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพในการระบุลักษณะเฉพาะของการขยายจุดสูงสุดจนถึงช่วงนาโนของวัสดุ (เฟอร์ไรต์)พบว่าการกระจายขนาดผลึกโดยปริมาตร G(L) ขึ้นอยู่กับทิศทางของผลึกศาสตร์อย่างยิ่งในงานนี้ เราแสดงให้เห็นว่าจำเป็นต้องใช้เทคนิคเสริมในการแยกพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับขนาดอย่างแม่นยำ เพื่ออธิบายโครงสร้างและลักษณะทางแม่เหล็กของตัวอย่างผงดังกล่าวอย่างแม่นยำกระบวนการของการดึงดูดแม่เหล็กแบบย้อนกลับยังได้รับการศึกษาเพื่อชี้แจงความสัมพันธ์ระหว่างลักษณะโครงสร้างทางสัณฐานวิทยาและพฤติกรรมของแม่เหล็ก
การวิเคราะห์ Rietveld ของข้อมูลการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์แบบผง (XRPD) แสดงให้เห็นว่าขนาดผลึกตามแกน c สามารถปรับเปลี่ยนได้ด้วยการบำบัดความร้อนที่เหมาะสมโดยแสดงให้เห็นโดยเฉพาะว่าการขยายจุดสูงสุดที่สังเกตได้ในตัวอย่างของเราน่าจะเกิดจากรูปร่างผลึกแบบแอนไอโซทรอปิกนอกจากนี้ ความสอดคล้องระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยที่วิเคราะห์โดย Rietveld และแผนภาพ Williamson-Hall (และในตาราง S1) แสดงให้เห็นว่าผลึกเกือบจะปราศจากความเครียดและไม่มีการเสียรูปของโครงสร้างวิวัฒนาการของการกระจายขนาดผลึกตามทิศทางต่างๆ มุ่งความสนใจไปที่ขนาดอนุภาคที่ได้รับการวิเคราะห์ไม่ใช่เรื่องง่าย เนื่องจากตัวอย่างที่ได้จากการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองของโซลเจลประกอบด้วยอนุภาคที่รวมตัวกันเป็นก้อนซึ่งมีโครงสร้างเป็นรูพรุน6,9 ยี่สิบเอ็ดTEM ใช้เพื่อศึกษาโครงสร้างภายในของตัวอย่างทดสอบโดยละเอียดยิ่งขึ้นภาพสว่างทั่วไปมีการรายงานในรูปที่ 3a-c (สำหรับคำอธิบายโดยละเอียดของการวิเคราะห์ โปรดดูส่วนที่ 2 ของวัสดุเสริม)ตัวอย่างประกอบด้วยอนุภาคที่มีรูปร่างเป็นชิ้นเล็กๆเกล็ดเลือดรวมตัวกันเพื่อสร้างมวลรวมที่มีรูพรุนที่มีขนาดและรูปร่างต่างกันเพื่อประเมินการกระจายขนาดของเกล็ดเลือด พื้นที่ 100 อนุภาคของแต่ละตัวอย่างถูกวัดด้วยตนเองโดยใช้ซอฟต์แวร์ ImageJเส้นผ่านศูนย์กลางของวงกลมที่เท่ากันโดยมีพื้นที่อนุภาคเท่ากันกับค่านั้นมาจากขนาดตัวแทนของแต่ละชิ้นที่วัดผลลัพธ์ของตัวอย่าง SFOA, SFOB และ SFOC ได้รับการสรุปไว้ในรูปที่ 3d-f และยังมีการรายงานค่าเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยด้วยการเพิ่มอุณหภูมิในการประมวลผลจะทำให้ขนาดของอนุภาคและความกว้างในการกระจายของอนุภาคเพิ่มขึ้นจากการเปรียบเทียบระหว่าง VTEM และ VXRD (ตารางที่ 1) จะเห็นได้ว่าในกรณีของตัวอย่าง SFOA และ SFOB จำนวนผลึกเฉลี่ยต่ออนุภาคบ่งชี้ถึงธรรมชาติของผลึกโพลีคริสตัลไลน์ของแผ่นเหล่านี้ในทางตรงกันข้าม ปริมาตรอนุภาคของ SFOC เทียบได้กับปริมาตรผลึกเฉลี่ย ซึ่งบ่งชี้ว่าแผ่นส่วนใหญ่เป็นผลึกเดี่ยวเราชี้ให้เห็นว่าขนาดที่ชัดเจนของการเลี้ยวเบนของ TEM และ X-ray นั้นแตกต่างกัน เนื่องจากในช่วงหลัง เรากำลังวัดบล็อกการกระเจิงที่ต่อเนื่องกัน (มันอาจจะเล็กกว่าเกล็ดปกติ): นอกจากนี้ การวางแนวของข้อผิดพลาดเล็กน้อยของการกระเจิงเหล่านี้ โดเมนจะคำนวณโดยการเลี้ยวเบน
ภาพ TEM ที่มีความสว่างของ (a) SFOA, (b) SFOB และ (c) SFOC แสดงให้เห็นว่าพวกมันประกอบด้วยอนุภาคที่มีรูปร่างคล้ายแผ่นการกระจายขนาดที่สอดคล้องกันจะแสดงอยู่ในฮิสโตแกรมของแผง (df)
ดังที่เราสังเกตเห็นในการวิเคราะห์ก่อนหน้านี้ ผลึกในตัวอย่างผงจริงก่อให้เกิดระบบโพลีดิสเพอร์สเนื่องจากวิธีการเอ็กซ์เรย์มีความไวต่อบล็อกการกระเจิงที่ต่อเนื่องกันมาก การวิเคราะห์ข้อมูลการเลี้ยวเบนของผงอย่างละเอียดจึงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่ออธิบายโครงสร้างนาโนที่ละเอียดในที่นี้ ขนาดของผลึกจะถูกกล่าวถึงผ่านคุณลักษณะของฟังก์ชันการกระจายขนาดผลึกโดยถ่วงน้ำหนักโดยปริมาตร G(L)23 ซึ่งสามารถตีความได้ว่าเป็นความหนาแน่นของความน่าจะเป็นในการค้นหาผลึกที่มีรูปร่างและขนาดสมมติ และน้ำหนักของผลึกนั้นเป็นสัดส่วนกับ มัน.ปริมาตรในตัวอย่างที่วิเคราะห์ด้วยรูปทรงผลึกปริซึม ทำให้สามารถคำนวณขนาดผลึกคริสตัลไลท์โดยปริมาตรเฉลี่ย (ความยาวด้านเฉลี่ยในทิศทาง [100], [110] และ [001]) ได้ดังนั้นเราจึงเลือกตัวอย่าง SFO ทั้งสามตัวอย่างที่มีขนาดอนุภาคต่างกันในรูปแบบของเกล็ดแอนไอโซโทรปิก (ดูข้อมูลอ้างอิงที่ 6) เพื่อประเมินประสิทธิภาพของขั้นตอนนี้เพื่อให้ได้การกระจายขนาดผลึกที่แม่นยำของวัสดุระดับนาโนเพื่อประเมินการวางตัวแบบแอนไอโซทรอปิกของผลึกเฟอร์ไรต์ การวิเคราะห์โปรไฟล์เส้นถูกดำเนินการกับข้อมูล XRPD ของพีคที่เลือกตัวอย่าง SFO ที่ทดสอบไม่มีการเลี้ยวเบนลำดับที่สูงขึ้นที่สะดวก (บริสุทธิ์) จากระนาบคริสตัลชุดเดียวกัน ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะแยกส่วนที่ขยายขอบเขตของเส้นออกจากขนาดและการบิดเบือนในเวลาเดียวกัน เส้นการเลี้ยวเบนที่ขยายกว้างขึ้นที่สังเกตได้มีแนวโน้มที่จะเกิดจากผลกระทบของขนาด และรูปร่างผลึกเฉลี่ยได้รับการตรวจสอบผ่านการวิเคราะห์หลายเส้นรูปที่ 4 เปรียบเทียบฟังก์ชันการกระจายขนาดผลึกถ่วงน้ำหนักโดยปริมาตร G(L) ตามทิศทางทางผลึกศาสตร์ที่กำหนดรูปแบบทั่วไปของการกระจายขนาดผลึกคือการกระจายแบบล็อกปกติลักษณะเฉพาะประการหนึ่งของการกระจายขนาดที่ได้รับทั้งหมดคือความไม่เป็นรูปแบบเดียวในกรณีส่วนใหญ่ การกระจายตัวนี้อาจเกิดจากกระบวนการสร้างอนุภาคที่กำหนดไว้ความแตกต่างระหว่างขนาดที่คำนวณโดยเฉลี่ยของจุดสูงสุดที่เลือกและค่าที่แยกจากการปรับแต่ง Rietveld อยู่ภายในช่วงที่ยอมรับได้ (พิจารณาว่าขั้นตอนการสอบเทียบเครื่องมือแตกต่างกันระหว่างวิธีการเหล่านี้) และจะเหมือนกับความแตกต่างจากชุดระนาบที่สอดคล้องกันโดย ดีบาย ขนาดเฉลี่ยที่ได้รับนั้นสอดคล้องกับสมการของเชอร์เรอร์ ดังแสดงในตารางที่ 2 แนวโน้มของขนาดผลึกเฉลี่ยของปริมาตรของเทคนิคการสร้างแบบจำลองที่แตกต่างกันทั้งสองนั้นมีความคล้ายคลึงกันมาก และการเบี่ยงเบนของขนาดสัมบูรณ์มีขนาดเล็กมากแม้ว่าอาจไม่เห็นด้วยกับ Rietveld ตัวอย่างเช่น ในกรณีของการสะท้อน (110) ของ SFOB ก็อาจเกี่ยวข้องกับการกำหนดพื้นหลังที่ถูกต้องของทั้งสองด้านของการสะท้อนที่เลือกที่ระยะ 1 องศา 2θ ในแต่ละด้าน ทิศทาง.อย่างไรก็ตาม ข้อตกลงที่ดีเยี่ยมระหว่างเทคโนโลยีทั้งสองเป็นการยืนยันความเกี่ยวข้องของวิธีการดังกล่าวจากการวิเคราะห์การขยายจุดสูงสุด เห็นได้ชัดว่าขนาดตาม [001] ขึ้นอยู่กับวิธีการสังเคราะห์โดยเฉพาะ ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของผลึกที่มีลักษณะเป็นขุยใน SFO6,21 ที่สังเคราะห์โดยโซล-เจลคุณลักษณะนี้เปิดทางให้ใช้วิธีการนี้ในการออกแบบนาโนคริสตัลที่มีรูปร่างพิเศษดังที่เราทุกคนทราบกันดีว่าโครงสร้างผลึกที่ซับซ้อนของ SFO (ดังแสดงในรูปที่ 1) เป็นแกนหลักของพฤติกรรมเฟอร์โรแมกเนติกของ SFO12 ดังนั้นจึงสามารถปรับลักษณะรูปร่างและขนาดได้เพื่อปรับการออกแบบตัวอย่างให้เหมาะสมสำหรับการใช้งาน (เช่น แบบถาวร ที่เกี่ยวข้องกับแม่เหล็ก)เราชี้ให้เห็นว่าการวิเคราะห์ขนาดผลึกเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการอธิบายแอนไอโซโทรปีของรูปร่างผลึก และเพิ่มความแข็งแกร่งให้กับผลลัพธ์ที่ได้รับก่อนหน้านี้
(a) SFOA, (b) SFOB, (c) SFOC เลือกการสะท้อน (100), (110), (004) การกระจายขนาดผลึกถ่วงน้ำหนักโดยปริมาตร G (L)
เพื่อประเมินประสิทธิผลของขั้นตอนเพื่อให้ได้การกระจายขนาดผลึกที่แม่นยำของวัสดุผงนาโน และนำไปใช้กับโครงสร้างนาโนที่ซับซ้อน ดังแสดงในรูปที่ 5 เราได้ตรวจสอบแล้วว่าวิธีนี้มีประสิทธิภาพในวัสดุนาโนคอมโพสิต (ค่าที่ระบุ)ความแม่นยำของเคสประกอบด้วย SrFe12O19/CoFe2O4 40/60 w/w %)ผลลัพธ์เหล่านี้สอดคล้องกับการวิเคราะห์ของ Rietveld อย่างสมบูรณ์ (ดูคำบรรยายของรูปที่ 5 เพื่อการเปรียบเทียบ) และเมื่อเปรียบเทียบกับระบบเฟสเดียว ผลึกนาโน SFO สามารถเน้นสัณฐานวิทยาที่คล้ายแผ่นได้มากกว่าผลลัพธ์เหล่านี้คาดว่าจะใช้การวิเคราะห์โปรไฟล์เส้นนี้กับระบบที่ซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งเฟสคริสตัลที่แตกต่างกันหลายเฟสสามารถทับซ้อนกันได้โดยไม่สูญเสียข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างที่เกี่ยวข้อง
การกระจายขนาดผลึกถ่วงน้ำหนักโดยปริมาตร G (L) ของการสะท้อนที่เลือกของ SFO ((100), (004)) และ CFO (111) ในนาโนคอมโพสิตสำหรับการเปรียบเทียบ ค่าการวิเคราะห์ Rietveld ที่สอดคล้องกันคือ 70(7), 45(6) และ 67(5) nm6
ดังแสดงในรูปที่ 2 การกำหนดขนาดของโดเมนแม่เหล็กและการประมาณปริมาตรทางกายภาพที่ถูกต้องเป็นพื้นฐานในการอธิบายระบบที่ซับซ้อนดังกล่าว และเพื่อความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์และลำดับโครงสร้างระหว่างอนุภาคแม่เหล็กเมื่อเร็ว ๆ นี้ พฤติกรรมทางแม่เหล็กของตัวอย่าง SFO ได้รับการศึกษาโดยละเอียด โดยให้ความสนใจเป็นพิเศษกับกระบวนการกลับตัวของการทำให้เป็นแม่เหล็ก เพื่อศึกษาองค์ประกอบที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ของความไวต่อแม่เหล็ก (χirr) (รูปที่ S3 เป็นตัวอย่างของ SFOC)เพื่อให้เข้าใจอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับกลไกการกลับตัวของสนามแม่เหล็กในระบบนาโนที่มีเฟอร์ไรต์นี้ เราได้ทำการวัดการคลายตัวของสนามแม่เหล็กในสนามย้อนกลับ (HREV) หลังจากอิ่มตัวในทิศทางที่กำหนดพิจารณา \(M\left(t\right)\proptoSln\left(t\right)\) (ดูรูปที่ 6 และวัสดุเสริมสำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม) จากนั้นรับปริมาณการเปิดใช้งาน (VACT)เนื่องจากสามารถกำหนดเป็นปริมาณวัสดุที่น้อยที่สุดที่สามารถกลับรายการได้อย่างสอดคล้องกันในเหตุการณ์ พารามิเตอร์นี้จึงแสดงถึงปริมาตร "แม่เหล็ก" ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการกลับรายการค่า VACT ของเรา (ดูตารางที่ S3) สอดคล้องกับทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 30 นาโนเมตร ซึ่งกำหนดเป็นเส้นผ่านศูนย์กลางต่อเนื่องกัน (DCOH) ซึ่งอธิบายขีดจำกัดบนของการกลับตัวของสนามแม่เหล็กของระบบโดยการหมุนแบบต่อเนื่องกันแม้ว่าปริมาตรทางกายภาพของอนุภาคจะมีความแตกต่างอย่างมาก (SFOA มีขนาดใหญ่กว่า SFOC ถึง 10 เท่า) แต่ค่าเหล่านี้ค่อนข้างคงที่และน้อย ซึ่งบ่งชี้ว่ากลไกการกลับตัวของสนามแม่เหล็กของทุกระบบยังคงเหมือนเดิม (สอดคล้องกับสิ่งที่เราอ้างสิทธิ์) เป็นระบบโดเมนเดียว) 24 .ในท้ายที่สุด VACT มีปริมาตรทางกายภาพน้อยกว่าการวิเคราะห์ XRPD และ TEM มาก (VXRD และ VTEM ในตาราง S3)ดังนั้นเราจึงสามารถสรุปได้ว่ากระบวนการสวิตชิ่งไม่ได้เกิดขึ้นเฉพาะผ่านการหมุนที่สอดคล้องกันเท่านั้นโปรดทราบว่าผลลัพธ์ที่ได้จากการใช้แมกนีโตมิเตอร์ต่างกัน (รูปที่ S4) ให้ค่า DCOH ที่ค่อนข้างใกล้เคียงกันในเรื่องนี้ การกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางวิกฤติของอนุภาคโดเมนเดียว (DC) เป็นสิ่งสำคัญมาก เพื่อกำหนดกระบวนการกลับตัวที่สมเหตุสมผลที่สุดจากการวิเคราะห์ของเรา (ดูเนื้อหาเสริม) เราสามารถอนุมานได้ว่า VACT ที่ได้รับนั้นเกี่ยวข้องกับกลไกการหมุนที่ไม่ต่อเนื่องกัน เนื่องจาก DC (~0.8 µm) อยู่ไกลจาก DC (~0.8 µm) ของอนุภาคของเรามาก นั่นคือ การก่อตัวของผนังโดเมนไม่ได้รับการสนับสนุนที่แข็งแกร่งและได้รับการกำหนดค่าโดเมนเดียวผลลัพธ์นี้สามารถอธิบายได้ด้วยการก่อตัวของโดเมนปฏิสัมพันธ์ เราถือว่าผลึกเดี่ยวมีส่วนร่วมในโดเมนปฏิสัมพันธ์ ซึ่งขยายไปสู่อนุภาคที่เชื่อมต่อถึงกันเนื่องจากโครงสร้างจุลภาคที่แตกต่างกันของวัสดุเหล่านี้แม้ว่าวิธีการเอ็กซเรย์จะไวต่อโครงสร้างจุลภาคขนาดเล็กของโดเมน (ไมโครคริสตัล) เท่านั้น แต่การวัดความผ่อนคลายด้วยแม่เหล็กก็ให้หลักฐานของปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนที่อาจเกิดขึ้นใน SFO ที่มีโครงสร้างนาโนดังนั้น ด้วยการปรับขนาดนาโนเมตรของเกรน SFO ให้เหมาะสม จึงเป็นไปได้ที่จะป้องกันการเปลี่ยนไปใช้กระบวนการผกผันแบบหลายโดเมน ดังนั้นจึงรักษาค่าบังคับบังคับสูงของวัสดุเหล่านี้ได้
(a) กราฟการดึงดูดด้วยแม่เหล็กตามเวลาของ SFOC ที่วัดที่ค่า HREV ของสนามย้อนกลับที่แตกต่างกันหลังความอิ่มตัวที่ -5 T และ 300 K (ระบุไว้ถัดจากข้อมูลการทดลอง) (การทำให้เป็นแม่เหล็กจะถูกทำให้เป็นมาตรฐานตามน้ำหนักของตัวอย่าง)เพื่อความชัดเจน สิ่งที่ใส่เข้าไปจะแสดงข้อมูลการทดลองของฟิลด์ 0.65 T (วงกลมสีดำ) ซึ่งมีขนาดเหมาะสมที่สุด (เส้นสีแดง) (การทำให้แม่เหล็กถูกทำให้เป็นมาตรฐานเป็นค่าเริ่มต้น M0 = M(t0))(b) ความหนืดแม่เหล็กที่สอดคล้องกัน (S) คือค่าผกผันของฟังก์ชัน SFOC A ของสนาม (เส้นนี้เป็นแนวทางสำหรับตา)(c) รูปแบบกลไกการเปิดใช้งานพร้อมรายละเอียดขนาดความยาวทางกายภาพ/แม่เหล็ก
โดยทั่วไปแล้ว การกลับตัวของสนามแม่เหล็กอาจเกิดขึ้นผ่านกระบวนการต่างๆ ในท้องถิ่น เช่น การสร้างนิวเคลียสของผนังโดเมน การขยายพันธุ์ และการปักหมุดและการเลิกปักหมุดในกรณีของอนุภาคเฟอร์ไรต์ที่มีโดเมนเดียว กลไกการกระตุ้นจะอาศัยนิวเคลียสเป็นสื่อกลาง และถูกกระตุ้นโดยการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่เล็กกว่าปริมาตรการกลับตัวของแม่เหล็กโดยรวม (ดังแสดงในรูปที่ 6c)29
ช่องว่างระหว่างสนามแม่เหล็กวิกฤตและเส้นผ่านศูนย์กลางทางกายภาพแสดงเป็นนัยว่าโหมดที่ไม่ต่อเนื่องกันเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นพร้อมกันของการกลับตัวของโดเมนแม่เหล็ก ซึ่งอาจเนื่องมาจากความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของวัสดุและความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิว ซึ่งจะกลายเป็นความสัมพันธ์เมื่อขนาดอนุภาคเพิ่มขึ้น 25 ส่งผลให้เกิดการเบี่ยงเบนจาก สถานะแม่เหล็กสม่ำเสมอ
ดังนั้น เราสามารถสรุปได้ว่าในระบบนี้ กระบวนการกลับตัวของสนามแม่เหล็กมีความซับซ้อนมาก และความพยายามที่จะลดขนาดในระดับนาโนเมตรมีบทบาทสำคัญในการทำงานร่วมกันระหว่างโครงสร้างจุลภาคของเฟอร์ไรต์และสนามแม่เหล็ก.
การทำความเข้าใจความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนระหว่างโครงสร้าง รูปแบบ และอำนาจแม่เหล็กเป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบและพัฒนาการใช้งานในอนาคตการวิเคราะห์โปรไฟล์เส้นของรูปแบบ XRPD ที่เลือกของ SrFe12O19 ยืนยันรูปร่างแอนไอโซโทรปิกของผลึกนาโนที่ได้จากวิธีการสังเคราะห์ของเราเมื่อรวมกับการวิเคราะห์ TEM ลักษณะโพลีคริสตัลไลน์ของอนุภาคนี้ได้รับการพิสูจน์ และต่อมาได้รับการยืนยันว่าขนาดของ SFO ที่สำรวจในงานนี้ต่ำกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางโดเมนเดี่ยวที่สำคัญ แม้ว่าจะมีหลักฐานการเติบโตของผลึกก็ตามบนพื้นฐานนี้ เราเสนอกระบวนการดึงดูดแม่เหล็กที่ไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้ โดยอาศัยการก่อตัวของโดเมนปฏิสัมพันธ์ที่ประกอบด้วยผลึกไลท์ที่เชื่อมต่อถึงกันผลลัพธ์ของเราพิสูจน์ความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดระหว่างสัณฐานวิทยาของอนุภาค โครงสร้างผลึก และขนาดผลึกที่มีอยู่ที่ระดับนาโนเมตรการศึกษานี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อชี้แจงกระบวนการทำให้แม่เหล็กกลับตัวของวัสดุแม่เหล็กที่มีโครงสร้างนาโนแข็ง และกำหนดบทบาทของลักษณะโครงสร้างจุลภาคในพฤติกรรมแม่เหล็กที่เกิดขึ้น
ตัวอย่างถูกสังเคราะห์โดยใช้กรดซิตริกเป็นสารคีเลต/เชื้อเพลิงตามวิธีการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองของโซล-เจล ตามที่รายงานในเอกสารอ้างอิงที่ 6 เงื่อนไขการสังเคราะห์ได้รับการปรับปรุงเพื่อให้ได้ตัวอย่างขนาดที่แตกต่างกันสามขนาด (SFOA, SFOB, SFOC) ซึ่งได้แก่ ได้จากการอบอ่อนที่เหมาะสมที่อุณหภูมิต่างกัน (1,000, 900 และ 800°C ตามลำดับ)ตารางที่ S1 สรุปคุณสมบัติของแม่เหล็กและพบว่าค่อนข้างคล้ายกันนาโนคอมโพสิต SrFe12O19/CoFe2O4 40/60 w/w% ก็ถูกเตรียมในลักษณะเดียวกันเช่นกัน
รูปแบบการเลี้ยวเบนถูกวัดโดยใช้รังสี CuKα (แล = 1.5418 Å) บนเครื่องวัดการเลี้ยวเบนของผง Bruker D8 และตั้งค่าความกว้างของร่องของเครื่องตรวจจับไว้ที่ 0.2 มม.ใช้ตัวนับ VANTEC เพื่อรวบรวมข้อมูลในช่วง 2θ ที่ 10-140°อุณหภูมิระหว่างการบันทึกข้อมูลคงที่อยู่ที่ 23 ± 1 °Cการสะท้อนจะวัดโดยเทคโนโลยีขั้นตอนและการสแกน และความยาวขั้นตอนของตัวอย่างทดสอบทั้งหมดคือ 0.013° (2theta)ค่าสูงสุดสูงสุดของระยะการวัดคือ -2.5 และ + 2.5° (2theta)สำหรับแต่ละจุดสูงสุด จะมีการคำนวณควอนต้าทั้งหมด 106 ควอนตัม ในขณะที่ส่วนหางจะมีประมาณ 3,000 ควอนตาพีคการทดลองหลายจุด (แยกกันหรือทับซ้อนกันบางส่วน) ถูกเลือกสำหรับการวิเคราะห์พร้อมกันเพิ่มเติม: (100), (110) และ (004) ซึ่งเกิดขึ้นที่มุมแบรกก์ใกล้กับมุมแบรกก์ของบรรทัดการลงทะเบียน SFOความเข้มของการทดลองได้รับการแก้ไขสำหรับแฟคเตอร์โพลาไรเซชันของลอเรนซ์ และพื้นหลังถูกลบออกโดยสมมติการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นมาตรฐาน NIST LaB6 (NIST 660b) ใช้เพื่อสอบเทียบเครื่องมือและการขยายสเปกตรัมใช้วิธีแยกส่วน LWL (Louer-Weigel-Louboutin) 30,31 เพื่อให้ได้เส้นการเลี้ยวเบนที่บริสุทธิ์วิธีการนี้ถูกนำมาใช้ในโปรแกรมวิเคราะห์โปรไฟล์ PROFIT-software32จากการปรับข้อมูลความเข้มที่วัดได้ของตัวอย่างและค่ามาตรฐานด้วยฟังก์ชัน Voigt เทียม ระบบจะดึงเส้นขอบที่ถูกต้องที่สอดคล้องกัน f(x) ออกมาฟังก์ชันการกระจายขนาด G(L) ถูกกำหนดจาก f(x) โดยปฏิบัติตามขั้นตอนที่แสดงในเอกสารอ้างอิงที่ 23 สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดดูที่เอกสารเสริมเป็นส่วนเสริมของการวิเคราะห์โปรไฟล์เส้น โปรแกรม FULLPROF ถูกใช้เพื่อทำการวิเคราะห์ Rietveld บนข้อมูล XRPD (รายละเอียดสามารถพบได้ใน Maltoni และคณะ 6)กล่าวโดยย่อ ในแบบจำลอง Rietveld ยอดการเลี้ยวเบนถูกอธิบายโดยฟังก์ชัน Voigt หลอกของ Thompson-Cox-Hastings ที่ได้รับการแก้ไขการปรับแต่งข้อมูล LeBail ดำเนินการบนมาตรฐาน NIST LaB6 660b เพื่อแสดงให้เห็นถึงการมีส่วนร่วมของเครื่องมือในการขยายจุดสูงสุดตามการคำนวณ FWHM (ความกว้างเต็มที่ครึ่งหนึ่งของความเข้มสูงสุด) สามารถใช้สมการ Debye-Scherrer เพื่อคำนวณขนาดเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักโดยปริมาตรของโดเมนผลึกที่กระเจิงแบบต่อเนื่องกัน:
โดยที่ แล คือ ความยาวคลื่นรังสีเอกซ์ K คือแฟคเตอร์รูปร่าง (0.8-1.2 โดยปกติจะเท่ากับ 0.9) และ θ คือมุมแบรกก์สิ่งนี้ใช้ได้กับ: การสะท้อนที่เลือก ชุดระนาบที่สอดคล้องกัน และรูปแบบทั้งหมด (10-90°)
นอกจากนี้ กล้องจุลทรรศน์ Philips CM200 ที่ทำงานที่ 200 kV และติดตั้งเส้นใย LaB6 ยังใช้สำหรับการวิเคราะห์ TEM เพื่อรับข้อมูลเกี่ยวกับสัณฐานวิทยาของอนุภาคและการกระจายขนาด
การวัดการผ่อนคลายด้วยสนามแม่เหล็กดำเนินการโดยเครื่องมือสองชนิดที่แตกต่างกัน: ระบบการวัดคุณสมบัติทางกายภาพ (PPMS) จากเครื่องวัดแมกนีโตมิเตอร์ตัวอย่างแบบสั่นด้วยการออกแบบควอนตัม (VSM) ซึ่งติดตั้งแม่เหล็กยิ่งยวด 9 T และ MicroSense รุ่น 10 VSM พร้อมแม่เหล็กไฟฟ้าค่าฟิลด์คือ 2 T ตัวอย่างจะอิ่มตัวในช่อง (μ0HMAX:-5 T และ 2 T ตามลำดับสำหรับเครื่องมือแต่ละชนิด) จากนั้นใช้ฟิลด์ย้อนกลับ (HREV) เพื่อนำตัวอย่างไปยังพื้นที่สวิตชิ่ง (ใกล้ HC ) จากนั้นการเสื่อมสลายของสนามแม่เหล็กจะถูกบันทึกเป็นฟังก์ชันของเวลาที่มากกว่า 60 นาทีทำการวัดที่ 300 K ปริมาณการเปิดใช้งานที่เกี่ยวข้องจะถูกประเมินตามค่าที่วัดได้ซึ่งอธิบายไว้ในวัสดุเสริม
Muscas, G., Yaacoub, N. & Peddis, D. การรบกวนทางแม่เหล็กในวัสดุที่มีโครงสร้างนาโนในโครงสร้างนาโนแม่เหล็กใหม่ 127-163 (Elsevier, 2018)https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813594-5.00004-7.
Mathieu, R. และ Nordblad, P. พฤติกรรมแม่เหล็กโดยรวมในเทรนด์ใหม่ของสนามแม่เหล็กอนุภาคนาโน หน้า 65-84 (2021)https://doi.org/10.1007/978-3-030-60473-8_3.
Dormann, JL, Fiorani, D. & Tronc, E. การผ่อนคลายแม่เหล็กในระบบอนุภาคละเอียดความก้าวหน้าทางฟิสิกส์เคมี หน้า 283-494 (2007)https://doi.org/10.1002/9780470141571.ch4.
เซลไมเยอร์ ดีเจ ฯลฯ โครงสร้างใหม่และฟิสิกส์ของนาโนแม่เหล็ก (เชิญ)เจ. ฟิสิกส์ประยุกต์ 117, 172 (2015)
โดย Julian Fernandez, C. เป็นต้น การทบทวนเฉพาะเรื่อง: ความคืบหน้าและแนวโน้มของการประยุกต์แม่เหล็กถาวรเฮกซาเฟอร์ไรต์ชนิดแข็งเจ. ฟิสิกส์.D. สมัครวิชาฟิสิกส์ (2020)
Maltoni, P. ฯลฯ ด้วยการปรับการสังเคราะห์และคุณสมบัติทางแม่เหล็กของนาโนคริสตัล SrFe12O19 ให้เหมาะสม นาโนคอมโพสิตแม่เหล็กคู่จึงถูกนำมาใช้เป็นแม่เหล็กถาวรเจ. ฟิสิกส์.D. สมัครฟิสิกส์ 54, 124004 (2021)
Saura-Múzquiz, M. ฯลฯ ชี้แจงความสัมพันธ์ระหว่างสัณฐานวิทยาของอนุภาคนาโน โครงสร้างนิวเคลียร์/แม่เหล็ก และคุณสมบัติทางแม่เหล็กของแม่เหล็ก SrFe12O19 เผาผนึกนาโน 12, 9481–9494 (2020)
Petrecca, M. ฯลฯ ปรับคุณสมบัติแม่เหล็กของวัสดุแข็งและอ่อนให้เหมาะสมเพื่อการผลิตแม่เหล็กถาวรแบบสปริงแลกเปลี่ยนเจ. ฟิสิกส์.D. สมัครฟิสิกส์ 54, 134003 (2021)
Maltoni, P. ฯลฯ ปรับคุณสมบัติทางแม่เหล็กของโครงสร้างนาโน SrFe12O19/CoFe2O4 แบบแข็งและแข็งผ่านการเชื่อมต่อแบบองค์ประกอบ/เฟสเจ. ฟิสิกส์.เคมี C 125, 5927–5936 (2021)
Maltoni, P. ฯลฯ สำรวจการเชื่อมต่อแบบแม่เหล็กและแบบแม่เหล็กของนาโนคอมโพสิต SrFe12O19/Co1-xZnxFe2O4เจแม็กแม็กโรงเรียนเก่า535, 168095 (2021)
พูลลาร์, เฟอร์ไรต์หกเหลี่ยม RC: ภาพรวมของการสังเคราะห์ ประสิทธิภาพ และการใช้งานเซรามิกเฮกซาเฟอร์ไรต์แก้ไข.โรงเรียนเก่าศาสตร์.57, 1191–1334 (2012)
Momma, K. & Izumi, F. VESTA: ระบบสร้างภาพ 3 มิติสำหรับการวิเคราะห์ทางอิเล็กทรอนิกส์และโครงสร้างเจ. ผลึกศาสตร์กระบวนการประยุกต์ 41, 653–658 (2008)
Peddis, D. , Jönsson, PE, Laureti, S. & Varvaro, G. ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กFrontiers in Nanoscience, หน้า 129-188 (2014)https://doi.org/10.1016/B978-0-08-098353-0.00004-X.
Li, Q. ฯลฯ ความสัมพันธ์ระหว่างขนาด/โครงสร้างโดเมนของอนุภาคนาโน Fe3O4 ที่มีผลึกสูงกับคุณสมบัติทางแม่เหล็กศาสตร์.ตัวแทน 7, 9894 (2017)
Coey, JMD วัสดุแม่เหล็กและแม่เหล็ก(สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์, 2544)https://doi.org/10.1017/CBO9780511845000.
Lauretti, S. และคณะปฏิกิริยาทางแม่เหล็กในส่วนประกอบที่มีรูพรุนนาโนที่เคลือบด้วยซิลิกาของอนุภาคนาโน CoFe2O4 ที่มีแอนไอโซโทรปีแม่เหล็กแบบลูกบาศก์นาโนเทคโนโลยี 21, 315701 (2010)
O'Grady, K. & Laidler, H. ข้อ จำกัด ของการพิจารณาสื่อบันทึกแบบแม่เหล็กเจแม็กแม็กโรงเรียนเก่า200, 616–633 (1999)
Lavorato, GC ฯลฯ ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กและอุปสรรคพลังงานในอนุภาคนาโนแม่เหล็กคู่แกน/เปลือกได้รับการปรับปรุงเจ. ฟิสิกส์.เคมี C 119, 15755–15762 (2015)
Peddis, D. , Cannas, C. , Musinu, A. & Piccaluga, G. คุณสมบัติทางแม่เหล็กของอนุภาคนาโน: เกินอิทธิพลของขนาดอนุภาคเคมีหนึ่งยูโรเจ. 15, 7822–7829 (2009)
Eikeland, AZ, Stingaciu, M., Mamakhel, AH, Saura-Múzquiz, M. & Christensen, M. ปรับปรุงคุณสมบัติทางแม่เหล็กโดยการควบคุมสัณฐานวิทยาของผลึกนาโน SrFe12O19ศาสตร์.ตัวแทน 8, 7325 (2018)
Schneider, C., Rasband, W. และ Eliceiri, K. NIH Image to ImageJ: 25 ปีของการวิเคราะห์ภาพอ.แนท.วิธีที่ 9, 676–682 (2012)
Le Bail, A. & Louër, D. ความเรียบและความถูกต้องของการกระจายขนาดผลึกในการวิเคราะห์โปรไฟล์เอ็กซ์เรย์เจ. ผลึกศาสตร์กระบวนการประยุกต์ 11, 50-55 (1978)
กอนซาเลซ, เจเอ็ม ฯลฯ ความหนืดแม่เหล็กและโครงสร้างจุลภาค: การขึ้นอยู่กับขนาดอนุภาคของปริมาตรการกระตุ้นเจ. ฟิสิกส์ประยุกต์ 79, 5955 (1996)
Vavaro, G. , Agostinelli, E. , Testa, AM, Peddis, D. และ Laureti, S. ในการบันทึกแม่เหล็กความหนาแน่นสูงพิเศษ(สำนักพิมพ์เจนนี่ สแตนฟอร์ด, 2016)https://doi.org/10.1201/b20044.
Hu, G. , Thomson, T. , Rettner, CT, Raoux, S. & Terris, โครงสร้างนาโน BD Co∕Pd และการกลับตัวของฟิล์มแม่เหล็กเจ. ฟิสิกส์ประยุกต์ 97, 10J702 (2548)
Khlopkov, K. , Gutfleisch, O. , Hinz, D. , Müller, K.-H.& Schultz, L. วิวัฒนาการของโดเมนปฏิสัมพันธ์ในแม่เหล็ก Nd2Fe14B ที่มีพื้นผิวละเอียดเจ. ฟิสิกส์ประยุกต์ 102, 023912 (2550)
Mohapatra, J. , Xing, M. , Elkins, J. , Beatty, J. & Liu, JP การแข็งตัวของแม่เหล็กขึ้นอยู่กับขนาดในอนุภาคนาโน CoFe2O4: ผลของการเอียงของการหมุนของพื้นผิวเจ. ฟิสิกส์.D. สมัครฟิสิกส์ 53, 504004 (2020)