سنتز فروسیال فریت روی و بررسی خواص مغناطیسی و رئولوژیکی آن

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

دوره 16، شماره 1 - شماره پیاپی 60، خرداد 1401، صفحه 77-92   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

فرشید مهدوی¹؛ بابک هاشمی^{* 2}

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

²استاد، گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز، ایران.

چکیده

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 عامل­دار 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 فروسیال­ها با استفاده از مغناطیس­سنج 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 کاتیون­های آهن و روی در مکان­های چهار وجهی و هشت وجهی می­تواند 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.

کلیدواژه‌ها

رئولوژی؛ فروسیال؛ فریت روی؛ همرسوبی؛ مغناطیس

مراجع

[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.