Blog

المستخلص

تتناول هذه الدراسة الخصائص الكهرومغناطيسية للقواعد المكونة من جسيمات الفريت نانوية المدمجة في مصفوفة بولي فينيل الكحول (PVA)، باستعمال مرنان T لتوصيف الخصائص في نطاق التردد دون 6 جيجاهرتز باستعمال طريقة نيكولسون-روس-وير (NRW). تعد جسيمات الفريت النانوية، نظرًا لمساحتها السطحية العالية وخصائصها المغناطيسية الفائقة، ذات أهمية كبيرة للتطبيقات في أجهزة الميكروويف (الموجات الدقيقة) والدروع الكهرومغناطيسية والقواعد القابلة للضبط. باستخدام تقنية الاحتراق الذاتي المحلول-هلام تم توليد جسيمات نانوية من الفريت Co_xMn_1-xFe₂O₄ بتركيزات مختلفة، (حيث x=0، 0.1، 0.3، 0.5، 0.7، 0.9، 1). تم كلسنة مساحيق الفريت النانوية المصنعة (CoFe₂O₄ و MnFe₂O₄) عند درجات حرارة مختلفة (300 و 700 و 1000 و 1200) درجة سيليزية لمدة ساعتين. تم كلسنة مسحوق Co_xMn1.xFe₂O₄ (حيث x= 0.1، 0.3، 0.5، 0.7، 0.9) عند درجة حرارة 1200 درجة سليزية لمدة ساعتين.

تم تحليل بنية الجسيمات النانوية وشكلها وخصائصها المغناطيسية بواسطة حيود الأشعة السينية (XRD)، ومطياف الأشعة السينية المشتتة للطاقة  (EDX)، و المجهر الإلكتروني الماسح للانبعاث (FE-SEM)، ومقياس مغناطيسية العينة المهتزة (VSM). أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها من حيود الأشعة السينية (XRD) أنه من الممكن الحصول على الفريت عند درجة حرارة الاحتراق الذاتي. كما أظهرت النتائج أن جميع العينات تحتوي على تركيب سبينيل (spinel)، مما يدل على طور سبينيل مكعب مع المجموعة الفراغية Fd3 m. لقد لوحظ انخفاض الحجم البلوري لـ Co_xMn_1-xFe₂O₄ مع انخفاض تركيز ايونات Co⁺².

بواسطة المجهر الإلكتروني الماسح للانبعاث وجد ان حجم الجسيمات يتراوح بين (28 و 99) نانومتر. تظهر جزيئات الفريت حجمًا وشكلًا موحدين تقريبًا، على الرغم من أن الملاحظة تكشف عن وجود حبيبات سداسية الشكل على شكل صفيحة، وبلورات متعددة السطوح تشبه الإسفنج، وتراكيب مكعبة تظهر درجة عالية من المسامية. تظهر النتائج ان الكلسنة قد حسنت شكل سطح العينات.

أجريت القياسات المغناطيسية عند درجة حرارة الغرفة باستعمال مقياس المغناطيسية ذو العينة الاهتزازية (VSM) على جميع أنواع العينات. أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها أن الجسيمات النانوية (CoFe₂O₄ و MnFe₂O₄) تظهر سلوكًا مغناطيسيًا حديديًا ferromagnetic وفوق مغناطيسيًا superparamagnetic على التوالي. كانت مغنطة التشبع للعينات (CoFe₂O₄ و MnFe₂O₄) المكلسنة عند 1200 درجة سيليزية اعلى مقارنة بالعينة المحضرة بدون كلسنة. تشير نتائج عينات (CoMnFe₂O₄) أن مغنطة التشبع قد انخفضت عندما زاد التركيز الأيوني Mn⁺²، خاصةعند كلسنة العينة عند 1200 درجة سيليزية والعينة المحضرة بدون كلسنة باستثناء النسبة (x = 0.7). انخفضت نسبة Hc بشكل طردي مع زيادة تركيز Mn⁺² ، باستثناء العينة Co_0.7Mn_0.3Fe₂O₄ التي تم كلسنتها عند 1200 درجة سيليزية. وبالنسبة للعينة المحضرة بدون كلسنة انخفضت أيضًا مع زيادة تركيز Mn⁺² باستثناء العينة Co_0.3Mn_0.7Fe₂O₄. ويرتبط هذا بانخفاض التباين المغناطيسي مع زيادة محتوى المنغنيز.

تم تحضير القواعد كمتراكب باستخدام جسيمات نانوية المحضرة من الفريت ودمجها في مصفوفة بولي فينيل الكحول Co_xMn_1-xFe₂O₄-PVA لدراسة خصائصها الكهرومغناطيسية والمايكروية عند تردد أقل من 6 جيجاهرتز.تم قياس السماحية الكهربائية (ε_r) والنفاذية المغناطيسية (μ_r) لهذه المواد المتراكبة باستخدام مرنان T، بطول ذراع رئيسي يبلغ 50 ملليميتر وعرض قضيب عرضي يبلغ 25 ملليميتر.

تزداد قيم المسامية وثابت العزل مع زيادة تركيز ايونات Co⁺². ومن ناحية اخرى، تزداد قيم ظل الفقد (tanδ_E) مع زيادة محتوى ايونات Co⁺². تظهر القواعد المرنة الناتجة المكونة من Co_xMn_x-1Fe₂O₄  قيم سماحية الكهربائية نسبية منخفضة (ε_r < 15) باستثناء العينة (MnFe₂O₄-auto-combustion-PVA) التي أظهرت القيمة (ε_r =23.22) وقيم ظل الفقد (tanδ_E) قليلة، مما يجعلها مناسبة للأستخدام كمواد عازلة للميكرويف. كما أنه مع زيادة التردد تقل قيم السماحية الكهربائية لجميع الفريتات، وهو سلوك مميز للفريتات، والذي يعزى الى فصل الحبيبات الموصلة عن طريق الحدود الحبيبية ضعيفة التوصيل.

تؤكد النتائج أن الجسيمات النانوية المنتجة من Co_xMn_x-1Fe₂O₄  تظهر خصائص مغناطيسية قابلة للتعديل وقد تكون بمثابة خيارًا قابلاً للتطبيق في تطبيقات الميكروويف (الموجات الدقيقة). ووفقا لقانون سنوك (Snoek’s law)، ترتبط نفاذية المواد الفريتية المغناطيسية ارتباطا عكسياً بتردد الرنين. تزداد قيم نفاذية العينة المحضرة والمكلسنة عند 1200 درجة مئوية مع زيادة تركيز Co⁺². ومع ذلك، تزداد قيم ظل الخسارة (tanδ_H) مع زيادة محتوى Co⁺² .ينشأ هذا التذبذب من تباين مغنطة التشبع للجسيمات النانوية المنتجة، كما يتضح من تحليلات VSM.

تم اقتراح العينات المدروسة لتكون قواعد لهوائيات الشريطية الدقيقة في أشكال رقعة واحدة، ومجموعة MIMO، ومجموعة MIMo مع SRR. يتم تقييم أداء الهوائي المقترح من حيث معلمات S، والمكسب، وECC، وDG، وأطياف الكفاءة. تم اعتماد عملية التقييم باستعمال المحاكاة العددية القائمة على صيغ CST MWS. يتم تقديم السماحية والنفاذية المقاسة إلى محاكاة CST لاختبار نتائج الهوائي. تم استنتاج أن القاعدة المقترحة يمكن أن تكون مرشحًا ممتازًا لتطبيقات الهوائي في نطاقات أقل من 6 جيجاهرتز. ومع ذلك، تم تحقيق انخفاض ملحوظ في حجم الهوائي مع تحسينات ممتازة في عرض النطاق الترددي للهوائي. كما وجد أيضا ان التأثيرات الكبيرة على أداء الهوائي يمكن ان تحدث بسبب التغيير في سماحية القاعدة ونفاذيتها. يمكن أن تكون مثل هذه الإنجازات نقطة انطلاق لمزيد من التطبيقات في نطاقات الميكروويف لأجهزة مختلفة.