مجله بین‌المللی انجمن آهن و فولاد ایران

مجله بین‌المللی انجمن آهن و فولاد ایران

ساختار و خواص مغناطیسی اکسید با آنتروپی بالای (Mg0.2Ti0.2Zn0.2Cu0.2Fe0.2)3O4 سنتزشده با استفاده از اکسیدهای مختلف آهن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
دانشگاه صنهتی اصفهان، دانشکده فنی و مهندسی گلپایگان- گروه مهندسی مواد
10.22034/ijissi.2025.2056169.1320
چکیده
ورود مواد با آنتروپی بالا، امکان تولید کارآمد مواد پیشرفته و کم‌هزینه با ویژگی‌های منحصربه‌فرد و مناسب برای صنایع را فراهم کرده است. مواد با آنتروپی بالا به دلیل قابلیت تنظیم برای داشتن خواص عملکردی، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. در میان این مواد، اکسیدهای با آنتروپی بالا اهمیت ویژه‌ای دارند. هدف این پژوهش، سنتز اکسید با آنتروپی بالای3(Mg0.2Ti0.2Zn0.2Cu0.2Fe0.2)3O4 با استفاده از منابع مختلف آهن شامل Fe2O3، Fe3O4 و مخلوط Fe2O3/Fe3O4 و بررسی ساختار و خواص مغناطیسی آن‌ها بود. روش سنتز حالت جامد برای تهیه (Mg0.2Ti0.2Zn0.2Cu0.2Fe0.2)3O4 با استفاده از مواد اولیه ارزان‌قیمت و منابع مختلف آهن به کار گرفته شد. الگوهای پراش پرتو ایکس (XRD) همراه با تحلیل ریتولد نشان داد که در هر سه منبع آهن، پس از عملیات حرارتی در دمای 1000 درجه سانتی‌گراد به مدت 24 ساعت، ساختار اسپینل تک‌فاز و خالص با گروه فضایی Fd3̅m به دست آمد. تصاویر SEM و نقشه‌برداری عنصری (MAP) نشان داد که پودرها تجمع‌یافته با مورفولوژی نیمه‌کروی بوده و عناصر سازنده به طور یکنواخت در آن‌ها توزیع شده‌اند. نتایج آزمون مغناطیسی به‌دست‌آمده از دستگاه VSM نشان داد که خواص مغناطیسی به شدت تحت تأثیر نوع منبع آهن مورد استفاده در سنتز نمونه‌های (Mg0.2Ti0.2Zn0.2Cu0.2Fe0.2)3O4 قرار دارند. نمونه‌ای که با استفاده از Fe3O4 تهیه شد، خواص مغناطیسی بهتری نشان داد (Ms=13.93، Mr=4.39 و Hc=350) در مقایسه با دو نمونه دیگر.
 
کلیدواژه‌ها

 [1] Sarkar A, et al. High-Entropy Oxides: Fundamental Aspects and Electrochemical Properties, Adv Mater. 2019; 31(26): 1806236.
[2] Rost C.M, et al. Entropy-stabilized oxides, Nat  Commun. 2015; 6(1): 8485.
[3] Yeh J.W, et al. Nanostructured High-Entropy Alloys with Multiple Principal Elements: Novel Alloy Design Concepts and Outcomes, Adv Eng Mater. 2004; 6(5): 299-303.
[4] Cantor B, et al. Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys, Mater Sci Eng A. 2004; 375-377: 213-218.
[5] Bérardan D, et al. Colossal dielectric constant in high entropy oxides. Phys Status Solidi RRL. 2016; 10(4): 328-333.
[6] Berardan D, et al. Controlled Jahn-Teller distortion in (MgCoNiCuZn)O-based high entropy oxides, J Alloys Compd. 2017; 704: 693-700.
[7] Bérardan D, et al. Room temperature lithium superionic conductivity in high entropy oxides, J Mater Chem A. 2016; 4(24): 9536-9541.
[8] Murty B.S, Yeh J.W, Ranganathan S, High-Entropy Alloys, London: Butterworth-Heinemann. 2014.
[9] Miracle D.B, Senkov O.N, A critical review of high entropy alloys and related concepts, Acta Mater. 2017; 122: 448-511.
[10] Chen H, et al. A new spinel high-entropy oxide (Mg0.2Ti0.2Zn0.2Cu0.2Fe0.2)3O4 with fast reaction kinetics and excellent stability as an anode material for lithium ion batteries, RSC Adv. 2020; 10(16): 9736-9744.
[11] Ge J, et al. Biocompatible Fe3O4/chitosan scaffolds with high magnetism, Int J Biol Macromol. 2019; 128: 406-413.
[12] Akhtar M.N, Khan M.A, Effect of rare earth doping on the structural and magnetic features of nanocrystalline spinel ferrites prepared via sol gel route, J Magn Magn Mater. 2018; 460: 268-277.
[13] Gayen A, et al. Effects of composition, thickness and temperature on the magnetic properties of amorphous CoFeB thin films, J Alloys Compd. 2017; 694: 823-832.
[14] Revia R.A, Zhang M, Magnetite nanoparticles for cancer diagnosis, treatment, and treatment monitoring: recent advances, Mater Today. 2016; 19(3): 157-168.
[15] Oroujizad S, Kashi M, Montazer A.H, Fine-tuning magnetic and hyperthermia properties of magnetite (Fe3O4) nanoparticles by using ammonia as a reducing agent, Physica B. 2023; 671: 415393.
[16] Marć M, et al. The Use of Ultra-Small Fe3O4 Magnetic Nanoparticles for Hydrothermal Synthesis of Fe 3+-Doped Titanate Nanotubes, Materials. 2020; 13(20): 4612.
[17] Nguyen M.D, et al. Fe3O4 Nanoparticles: Structures, Synthesis, Magnetic Properties, Surface Functionalization, and Emerging Applications, Appl Sci. 2021; 11(23): 11301.
[18] Avram A, et al. Synthesis and Characterization of γ-Fe2O3 Nanoparticles for Applications in Magnetic Hyperthermia. 2011. 
[19] Zhang X, et al. Synthesis, optical and magnetic properties of α-Fe2O3 nanoparticles with various shapes, Mater Lett. 2013; 99: 111-114.
[20] Can M, Coşkun M, Firat T, A comparative study of nanosized iron oxide particles; Magnetite (Fe3O4), maghemite (γ-Fe2O3) and hematite (α-Fe2O3), using ferromagnetic resonance, J Alloys Compd. 2012; 542: 241-247.
[21] Coey J.M.D, Parkin S.S, History of Magnetism and Basic Concepts. In: Handbook of Magnetism and Magnetic Materials, Cham: Springer. 2021.
[22] Asti G, Recent developments in hard magnetic materials, Hyperfine Interact. 1989; 45(1): 21-33.
[23] Wang W, et al. Low-Loss Soft Magnetic Materials and Their Application in Power Conversion: Progress and Perspective, Energies. 2025; 18(3): 482.
[24] Huber C, et al. Coercivity enhancement of selective laser sintered NdFeB magnets by grain boundary infiltration, Acta Mater. 2019; 172: 66-71.
[25] Herzer G, Grain size dependence of coercivity and permeability in nanocrystalline ferromagnets, IEEE Trans Magn. 1990; 26(5): 1397-1402.
[26] Zhou J, You J, Keqiang Q, Advances in Fe-based amorphous/nanocrystalline alloys, J Appl Phys. 2022; 132: 040702.
[27] Vazquez A, Sotolongo-Costa O, Domain wall dynamics in soft magnetic materials. 1999.
[28] Mörée G, Leijon M, Review of Hysteresis Models for Magnetic Materials, Energies. 2023; 16(9): 3908.
[29] Milyutin V, et al. Machine learning assisted optimization of soft magnetic properties in ternary FeSi-Al alloys, J Mater Res Technol. 2024; 29: 5060-5073.