مطالعه آماری جهت بهینه‌سازی خواص مغناطیسی نانوذرات اکسید آهن (Fe3O4) اصلاح شده در روش سنتز هم‌رسوبی
محورهای موضوعی : نانومواد
ابوالفضل خدادادی
1
(گروه فیزیک، واحد تهران شمال، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران)
کلید واژه: اکسید آهن, پسماند مغناطیسی, سوپرپارامغناطیس, نانوذرات مغناطیسی پوشش‌دار.,
چکیده مقاله :
در این تحقیق نانوذرات مغناطیسی آهن اکسید اصلاح شده، با روش هم‌رسوبی (درجا) سنتز شدند. فرآیند آزمایش‌ها بر پایه یک طرح نوین متقارن آماری تحت عنوان two-level factorial design انجام گرفت تا بطور همزمان تاثیر عامل پلیمری، قدرت محلول قلیایی و دما بر روی ویژگی‌های مغناطیسی نانوذرات مغناطیسی، مورد مطالعه قرار گیرد. جهت اصلاح سطح نانوذرات، دو عامل پلیمری PEG و PVA بکار گرفته شد. همچنین برای بررسی تاثیر قدرت محول قلیایی، از دو محلول آمونیاک و سود استفاده شد و جهت بررسی عامل دما، فرآیند در دو دمای 20 و °C 80 تکرار گردید. ساختار، مورفولوژی، اندازه، شکل ظاهری و رفتار مغناطیسی نانوذرات مغناطیسی اصلاح شده، بوسیله آنالیزهای XRD، DLS، TEM، FTIR و VSM بررسی شد. نتایج آنالیز XRD نشان داد که ساختار کریستالی نانوذرات پوشش داده شده توسط PEG همانند نانوذرات خالص به صورت مکعب مرکز سطحی است. همچنین ساختار کریستالی نانوذرات پوشش داده شده توسط PVA به صورت اسپینل مکعبی تعیین شد. پیک اضافه در °1/19 = 2θ، نشان‌دهنده وجود فاز آمورف در اثر حضور PVA در نمونه است. آنالیز VSM نشان داد که نانوذرات مغناطیسی اصلاح شده از رفتار سوپرپارامغناطیسی با مقدار اشباع مغناطیسی ((Ms بالا و نیروی وادارندگی (Hc) کم برخوردار هستند. همچنین واکنش‌‌های شیمیایی در دمای بالا کامل‌تر انجام می‌شود و فرآیند همسو شدن ممان‌های مغناطیسی نانوذرات مغناطیسی بهتر انجام می‌پذیرد. بهترین مقدار اشباع مغناطیسی و نیروی مغناطیسی به ترتیب emu/g 98/60 و G 8/26 بدست آمد.
[1] P. Arosio, Nanomaterials, 11, 2020, 1297.
[2] P.L. Khan, K. Saeed, I. Khan, Arabian Journal of Chemistry, 12, 2019, 908.
[3] M.R. Talebtash, I. Karimzadeh, Analytical and Bioanalytical Electrochemistry, 14, 2022, pp.
[4] R. Bansal, B. Gronkiewicz, G. Storm, J. Prakash, J. Hepatol, 66, 2017, 654.
[5] G. Antarnusa, P.D. Jayanti, Y. R. Denny, A. Suherman, Materialia, 25, 2022, 101525.
[6] L. Mohammed, H. G. Gomaa, D. Ragab, J. Zhu, Particuology, 30, 2017, 537.
[7] M. Aghazadeh, I. Karimzadeh, A. Ahmadi, M. R. Ganjali, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 29, 2018, 14567.
[8] A. Khodadadi, Y. Mohammadmoradi, M.R. Talebtash, Journal of Applied Dynamic Systems and Control, 5, 2022, 50.
[9] I. Karimzadeh, M. Aghazadeh, A. Dalvand, T. Doroudi, P. H. Kolivand, M.R. Ganjali, P. Norouzi, Materials Research Innovations, 23, 2019, 1.
[10] S. Karimi, H. Namazi, Journal of Alloys and Compounds, 879, 2021, 160426.
[11] رضا احمدی، محمدحسین شاعری "تولید و کاربرد نانوذرات اکسید آهن با پوشش یددار برای تصویربرداری پزشکی دوگانه CT-MRI"، مجله نانومواد، شماره 30، 1392، 121.
[12] M. Aghazadeh, I. Karimzadeh, M.R. Ganjali, Bentham Science Publishers, 15, 2019, 169.
[13] M.H. Ehsani, S. Esmaeili, M. Aghazadeh, Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 37, 2019, 7.
[14] A. Ali, S. Rehmat, P. Zhou, M. Guo, M. Ovais, Frontiers in Chemistry, 9, 2021, 9.
[15] I.P. Suzdalev, Yu. V. Maksimov, V.K. Imshennik, S.V. Novichikhin, V.V. Matveev, Yu. D. Tret’yakov, A.V. Lukashin, A.A. Eliseev, N.V. Avramenko, A.A. Malygin, E.A. Sosnov, Russian Chemical Bulletin, 55, 2006, 1755.
[16] S. Schwinger, C. Suhr, S.B. Meier, Crystals, 10, 2020, 85747.
[17] E. Katz, Magnetic nanoparticles, Magnetochemistry, 6, 2020, 6.
[18] عیسی کریم‌زاده "سنتز الکتروشیمیایی نانوذرات اکسید آهن دوپه شده با کبالت (Co-Fe3O4) و دارای پوشش سطحی پلی‌وینیل پیرولیدون (PVP) و بررسی خواص مغناطیسی آن‌ها"، مجله نانومواد، شماره 45، 1400، 15.
[19] K. Percheron, A. Siri, Materials Science and Engineering: B, 177, 2012, 4217.
[20] اسماعیل کوهستانیان، علی اصغر روحانی، ایمان فرح بخش، "سنتز نانوساختارهای اکسید آهن هماتیت (α-Fe2O3) به روش آسیاکاری مکانیکی و مقایسه آن با روش سل- ژل"، مجله نانومواد، شماره 12، 1392، 248.
[21] F.B. Effenberger, R.A. Couto, P.K. Kiyohara, G.Machado, S. Masunaga, R. Jardim, Nanotechnology, 28, 2017, 15603.
[22] F. Chen, S. Xie, J. Zhang, R. Liu, Journal of Materials Letters, 112, 2013, 177.
[23] ابوالفضل خدادادی، مجید فرهمندجو، مجتیی یعقوبی، "سنتز نانوذرات آلفا آلومینای آلائیده شده با ناخالصی Fe3+ با روش سل-ژل و مطالعه ساختاری، اپتیکی و مغناطیسی آن‌ها"، مجله نانومواد، شماره 36، 1397، 221.
[24] E.L. Albert, C.A. Abdullah, Y. Shirataki, Results Phys., 11, 2018, 944.
[25] A. Ali, T. Shah, Front. Chem., 9, 2021, 629054.
[26] S.F. Hasany, N.H. Abdurahman, A.R. Sunarti, R. Jose, Curry. Nanoscience, 9, 2013, 561.
[27] N.S. Bajaj, R.A. Joshi, Handbook of Nanotechnology Application, in Energy Materials, 1, 2021, 27.
[28] K.N. Koo, A.F. Ismail, Malaysian Journal of Fundamental and Applied Sciences, 15, 2019, 23.
[29] Y. Hou, D.J. Sellmyer, Magnetic Nanomaterials: Fundamentals, synthesis and applications, Wiley, 2017. ISBN: 978-3-527-80326-2.
[30] C. Fu, N.M. Ravindra, Magnetic iron oxide nanoparticles: Synthesis and applications, 1, 2012, 229.
[31] A. Khodadadi, M.R. Talebtash, M. Farahmandjou, Phys. Chem. Res., 10, 2022, 4.
[32] M. Salehipour, S. Rezaei, J. safer, Z. Pakdin-Parizi, Journal of Nanoparticle Research, 23, 2021, 1.
[33] C.D. Ahrberg, J.W. Choi, B.G. Chung, Scientific Report, 10. 2020, 1737.
[34] P. Crespo, P. de la Presa, P. Marin, M. Multigene, J.M. Alonso, G. Rivero, F. Yndurain, J.M. Gonzalez-Calbet, A. Hernando, J. Phys.: Condense. Matter, 25, 2013, 484006.
[35] A. Maleki, M. Niksefat, J. Rahimi, Z. Hajizadeh, BMC Chemistry, 13, 2019, 19.
[36] A. Ganesha, S. Edi, Mater. Res. Express, 7, 2020, 056103.
[37] N.S. Asri, A.P. Tetuko, A. Esmawan, M. Addin, E.A. Setiadi, W.B.K. Putri, M. Ginting, P. Sebayang, Nano-Structures & Nano-Objects, 25, 2021, 100654.
[38] O. Karaagac, H. Köçkar, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 551, 2022, 169140.
[39] Y.L. Grize, Journal of Chemometrics, 9, 1995, 239.
[40] R. Gheshlagi, J.M. Scharer, M. Moo-young, P.L. Douglas, Anal Biochem., 383, 2008, 93.
[41] S. Sadeghi, H. Azhdari, A.S. Moghaddam, Journal of Hazardous Materials, 215, 2016, 208.
[42] A.R. Behnam-Saba, K. Saberyan, A. Nezhadali, H. Adelkhani, Radiochemistry, 62, 2020, 62.
[43] D.L. Massart, B.G.M. Vandeginste, L.M.C. Buydens, S. De Jong, P.J.Lewi, J. Smeyers-Verbeke, Handbook of Chemometrics and Quasimetrics, Oxford: Elsevier, 1997, part A.
[44] نعمت منصوری، کمال صابریان، محمد نوع پرست "ساخت و بهینه‌سازی نانوذرات مغناطیسی پوشش داده شده با پلی اتیلن گلیکول به عنوان بستری برای استخراج کننده تری اکتیل آمین جهت جذب اورانیم"، اولین همایش ملی فناوری‌های نوین در شیمی و مهندسی شیمی، تهران، 1392.
[45] P. Scherrer, Gottingen Nacrite Gesell, Mathematisch- Physikalische Klasse, 2, 1918; 98.
[46] I. Karimzadeh, H.R. Dizaji, M. Aghazadeh, Materials Research Express, 3, 2016, 95022.
[47] A. Ganesha, Recent Innovations in Chemical Engineering, 14, 2021, 335.
[48] L.I.U. Bing, W. De-Ping, H. Wen-Hai, Y. Ai-Hua, I. Koji, Journal of the Ceramic Society of Japan, 115, 2007, 877.
[49] P. Businova, J. Chomoucka, Journal of Neocon, 21, 2011, 230.
[50] I. Karimzadeh, M. Aghazadeh, T. Davoudi, M.R. Ganjali, P.H. Kolivand, Hinda Wi Advances in Physical Chemistry, 1, 2017, 9437487.
[51] A.C. Anil, K. Govindan, M. Rangarajan, Materials Science and Engineering, 577, 2019, 012153.
[52] M.J. Eskandari, I. Hasanzadeh, Materials Science and Engineering: B, 266, 2021, 115050.
[53] P.J. Schoenmakers, A. Barth, H. Billiet, Journal of Chromatography A, 550, 1991,425.
[54] S. Mahadevan, G. Gnanaprakash, J. Philip, B.P.C. Rao, T. Jayakumar, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 39, 2007, 1.