سنتز فروسیال فریت روی و بررسی خواص مغناطیسی و رئولوژیکی آن

محورهای موضوعی : سنتز مواد

فرشید مهدوی ¹ , بابک هاشمی ²

1 - کارشناسی ارشد الکتروسرامیک، گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز، ایران.
2 - استاد، گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز، ایران.

تاریخ دریافت : 1400/05/30 تاریخ پذیرش : 1400/10/07 تاریخ انتشار : 1401/03/01

کلید واژه: رئولوژی, فروسیال, همرسوبی, فریت روی, مغناطیس,

چکیده مقاله :

در این پژوهش ابتدا با استفاده از روش همرسوبی و با اضافه کردن روی به فریت آهن در مقادیر مختلف نانوذرات فریت روی سنتز گردید. سپس نانوذرات سنتز شده با استفاده از اولئیک اسید و پلی اتیلن گلایکول عامل دار شده و با استفاده از سه سیال آب، روغن موتور و اتیلن گلایکول فرو سیال‌های متفاوت تهیه شد و خواص مغناطیسی و رئولوژیکی آن‌ها با یکدیگر مقایسه گردید. برای بررسی ساختاری و مورفولوژی ذرات سنتز شده از آنالیز اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. خواص مغناطیسی نانو ذرات و فروسیال ها با استفاده از مغناطیس سنج نمونه ارتعاشی (VSM) اندازه‌گیری گردید. پیوند بین سطح ذرات و ترکیبات پایدارکننده سطحی به کمک روش طیف‌سنج مادون‌قرمز (FTIR) و پایداری سیال‌ها و رئولوژی آن‌ها به ترتیب به روش رسوب‌گذاری و رئومتر بررسی شدند. نتایج تحقیق نشان داد توزیع مجدد کاتیون های آهن و روی در مکان های چهار وجهی و هشت وجهی می تواند به طور قابل‌ملاحظه‌ای باعث تغییر و افزایش مغناطش اشباع1 شود. مغناطش اشباع نانوذرات فریت روی سنتز شده نسبت به فریت آهن (Fe3O4) 57 درصد افزایش را نشان دادند. نانوذرات دارای اندازه میانگین 35 نانومتر بودند. فروسیال‌های با پایه روغن موتور و نانوذرات عامل دار شده توسط اولئیک اسید بیشترین پایداری و مقدار مغناطش اشباع را داشتند و در نتیجه برای بررسی خواص رئولوژیکی مورد استفاده قرار گرفتند. فرو سیال‌های مورد بررسی دارای رفتار غیر نیوتنی بودند و بیشترین تغییر رفتار از حالت نیوتنی مربوط به سیال با 15 درصد حجمی از نانوذرات بود.

چکیده انگلیسی:

In this study, we first synthesized zinc ferrite nanoparticles by using co-precipitation method and adding zinc to iron ferrite in different amounts. Redistribution of Fe and Zn cations in tetrahedral and octahedral locations can significantly alter and increase saturation magnetization. The saturation magnetization of the synthesized ferrite nanoparticles was 57% higher than that of iron ferrite, and the nanoparticles had an average size of 35 nm. The synthesized nanoparticles were then functionalized using oleic acid and polyethylene glycol and three types of stable fluids based on water, engine oil and ethylene glycol were prepared. Optimal Ferro-fluid with the highest stability properties and amount of saturated magnetization was used to investigate the rheological properties. The non-Newtonian behavior of the fluid with different percentages of nanoparticles was investigated and the greatest change in behavior from the Newtonian state was related to the fluid with 15% by volume of nanoparticles.

منابع و مأخذ:

[1] S. Genc & B. Derin, "Synthesis and rheology of ferrofluids: a review", Current Opinion in Chemical Engineering, vol. 3, pp. 118-124, 2014.

 

[2] Asnaashari, M. "Synthesis of Fe₃O₄ Ferrofluid and its Application in Vibration Energy Harvesting", in Materials Science and Engineering- Electroceramic, 2018.

 

[3] Y. Li, et al. "A review on development of nanofluid preparation and characterization", Powder technology, vol. 196, no. 2, pp. 89-101, 2009.

 

[4] A. Ghadimi, R. Saidur & H. Metselaar, "A review of nanofluid stability properties and characterization in stationary conditions", International journal of heat and mass transfer, vol. 54, no. 17-18, pp. 4051-4068, 2011.

 

[5] G. Paul, et al. "Synthesis, characterization, and thermal property measurement of nano-Al₉₅Zn₀₅ dispersed nanofluid prepared by a two-step process", International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 54, no. 15-16, pp. 3783-3788, 2011.

 

[6] W. Yu & H. Xie, "A review on nanofluids: preparation, stability mechanisms, and applications", Journal of nanomaterials, 2012.

 

[7] Y. Sahoo et al. "Aqueous ferrofluid of magnetite nanoparticles: fluorescence labeling and magnetophoretic control", The Journal of Physical Chemistry B, vol. 109, no. 9, pp. 3879-3885, 2005.

[8] A. Taufiq, R. E. Saputro, H. Susanto & N. Hidayat, (2020) "Synthesis of Fe₃O₄/Ag nanohybrid ferrofluids and their applications as antimicrobial and antifibrotic agents", Heliyon vol. 6, pp. e05813, 2020.

 

[9] M. S. Iqbal, F. Malik & I. Mustafa, "Impact of induced magnetic field on thermal enhancement in gravity driven Fe₃O₄ ferrofluid flow through vertical non-isothermal surface", Results in Physics, vol. 19, pp. 103472, 2020.

 

[10] M. Roy, & H. Verma, "Magnetization anomalies of nanosize zinc ferrite particles prepared using electrodeposition," Journal of magnetism and magnetic materials, vol. 30, no. 1, pp. 98-102, 2006.

 

[11] R. R. Shahraki, M. Ebrahimi, S. S. Ebrahimi & S. Masoudpanah, "Structural characterization and magnetic properties of superparamagnetic zinc ferrite nanoparticles synthesized by the coprecipitation method", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 324, no. 22, pp. 3762-3765, 2012.

 

[12] X. Li, E. Liu, Z. Zhang, Z. Xu & F. Xu, "Solvothermal synthesis, characterization and magnetic properties of nearly superparamagnetic Zn-doped Fe₃O₄ nanoparticles”, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, vol. 30, no. 4, pp. 3177-3185, 2019.

 

[13] D. D. Andhare, S. A. Jadhav & M. V. Khedkar, "Structural and chemical properties of ZnFe₂O₄ nanoparticles synthesized by chemical Co-Precipitation technique", Journal of Physics: Conference series, vol. 1644, pp. 012014, 2020.

 

[14] J. A. Gomes, G. M. Azevedo & J. Depeyrot, "ZnFe₂O₄ nanoparticles for ferrofluids: A combined XANES and XRD study", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 323, pp. 1203-1206, 2011.

 

[15] I. Sharifi, H. Shokrollahi & S. Amiri, "Ferrite-based magnetic nanofluids used in hyperthermia applications. Journal of magnetism and magnetic materials", vol. 324, no. 6, pp. 903-915, 2012.

 

[16] M. Khairul, E. Doroodchi, R. Azizian & B. Moghtaderi, "Advanced applications of tunable ferrofluids in energy systems and energy harvesters: A critical review", Energy Conversion and Management, vol. 149, pp. 660-674, 2017.

 

 

[17] A. Taufiq, D. Yuliantika, N. Hidayat, M. Diantoro, M. Mujamilah & S. Sunaryono, "Nanopowder and Magnetic Fluid Synthesis of Zn_{0. 2}Fe_{2. 8}O₄ Particles and Their Structural and Magnetic Behaviors”, in Journal of Physics: Conference Series, IOP Publishing, pp. 1-9, 2018.

 

[18] G. Reimers & S. Khalafalla, "Production of magnetic fluids by peptization techniques," ed: Google Patents, 1974.

 

[19] D. S. Bae, K. S. Han, S. B. Cho & S. H. Choi, "Synthesis of ultrafine Fe₃O₄ powder by glycothermal process", Materials letters, vol. 37, no. 4-5, pp. 255-258, 1998.

 

[20] N. Kallay & E. Matijevic, "Adsorption at solid/solution interfaces. 1. Interpretation of surface complexation of oxalic and citric acids with hematite", Langmuir, vol. 1, no. 2, pp. 195-201, 1985.

 

[21] E. Ghasemi, A. Mirhabibi & M. Edrissi, "Synthesis and rheological properties of an iron oxide ferrofluid", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 320, no. 21, pp. 2635-2639, 2008.

 

[22] I. Chinya, A. Pal & S. Sen, "Polyglycolated zinc ferrite incorporated poly (vinylidene fluoride) (PVDF) composites with enhanced piezoelectric response", Journal of Alloys and Compounds, vol. 722, pp. 829-838, 2017.

 

[23] J. Liu, Y. Bin & M. Matsuo. Magnetic behavior of Zn-doped Fe₃O₄ nanoparticles estimated in terms of crystal domain size". The Journal of Physical Chemistry C, vol. 116, no. 1, pp. 134-143, 2012.

 

[24] P. B. Kharat, S. B. Somvanshi, P. P. Khirade & K. M. Jadhav. "Induction Heating Analysis of Surface-Functionalized Nanoscale CoFe₂O₄ for Magnetic Fluid Hyperthermia toward Noninvasive Cancer Treatment", ACS omega, vol. 5, no. 36, 23378-23384, 2020.

 

[25] T. Kaewmanee, S. Wannapop, A. Phuruangrat, T. Thongtem, O. Wiranwetchayan & Thongtem, S. "Effect of oleic acid content on manganese-zinc ferrite properties", Inorganic Chemistry Communications, vol. 103, pp. 87-9, 2019.

 

[26] I. Chinya, A. Pal & S. Sen, "Polyglycolated zinc ferrite incorporated poly (vinylidene fluoride) (PVDF) composites with enhanced piezoelectric response", Journal of Alloys and Compounds, vol. 722, pp. 829-838, 2017.

[27] S. O. Aisida, P. A. Akpa, I.Ahmad, M. Maaza & F. I. Ezema. "Influence of PVA, PVP and PEG doping on the optical, structural, morphological and magnetic properties of zinc ferrite nanoparticles produced by thermal method", Physica B: Condensed Matter, vol. 571, pp. 130-136, 2019.

 

[28] M. Abareshi, S. H.  Sajjadi, S. M. Zebarjad & E. K. Goharshadi, "Fabrication, characterization, and measurement of viscosity of α-Fe₂O₃-glycerol nanofluids", Journal of Molecular Liquids, vol. 163, no. 1, 27-32, 2011.

 

[29] S. Aberoumand & A. Jafarimoghaddam, A. Experimental study on synthesis, stability, thermal conductivity and viscosity of Cu–engine oil nanofluid", Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, vol. 71, pp. 315-322, 2017.

 

[30] J. K. Han, W. J.  Han, C. Y. Gao, Y. Z. Dong & H. J. Choi, "Synthesis and Viscoelastic Behavior of Non-Stoichiometric Spinel Ferrite Particle Suspension", IEEE Transactions on Magnetics, vol. 54, no. 11, pp. 1-4, 2018.

 

[31] L. Vafajoo, E. Ghasemi & B. H. Salman, "Magnetoviscous effect in a paraffin-based γ-Fe₂O₃ ferrofluid", 3th International Conference on Sustainable energy Engineering and Application (ICSEEA 2015), 5-7 October, Bandung, Indonesia, 2015.