Ali Aftabi

Magnetic hyperthermia is increasingly gaining attention as a promising method for localized cancer treatment without damaging healthy tissues. Optimizing the intrinsic properties of magnetic nanoparticles for hyperthermia to achieve high heating efficiency is very important. In this thesis, the effect of substituting various amounts of zinc in place of cobalt on the structural, magnetic, and hyperthermia properties of cobalt ferrite (CoFe₂O₄) nanoparticles was investigated. For this purpose, five samples of ZnxCo₁₋ₓFe₂O₄ were synthesized using the hydrothermal method for values of x = 0.0, 0.2, 0.5, 0.6, and 0.7. The structural and morphological properties of the samples were analyzed using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The diffraction patterns indicated single-phase structures with no impurities in all samples. SEM images also showed the formation of uniformly spherical nanoparticles. Subsequently, the unit cell structure and cation distribution of the samples were examined using Rietveld analysis. The results indicate that with an increase in zinc doping, the lattice constant and thus the unit cell volume increase. It was also observed that with an increase in zinc doping, the inversion parameter increases, indicating that Fe³⁺ ions migrate from the octahedral to the tetrahedral sublattice with increasing zinc content. To investigate the magnetic properties, the static magnetic hysteresis loops of the samples were recorded at room temperature. The shape of the hysteresis loops indicated hard ferromagnetic behavior for the x = 0.0 and x = 0.2 samples, soft ferromagnetic behavior for the x = 0.5 and x = 0.6 samples, and superparamagnetic behavior for the x = 0.7 sample. Additionally, using the magnetic hysteresis loops, the effective anisotropy constant, anisotropy field, and saturation magnetization of the various samples were extracted. The results show that the anisotropy field decreases in the x = 0.2 sample compared to the undoped sample and then increases with further doping, while the changes in saturation magnetization and anisotropy constant follow the opposite trend. Furthermore, the hyperthermia properties of the synthesized nanoparticles were examined under alternating magnetic fields with frequencies of 300 and 400 kHz and amplitudes of 200, 300, and 400 Oe. The results showed that the highest temperature rise was observed in the x = 0.6 sample. The temperature of the solution containing this sample increased by about 22°C within 250 seconds at a frequency of 400 kHz and an amplitude of 400 Oe. To quantitatively assess the hyperthermia properties, the specific loss power (SLP) was calculated for the various samples at different frequencies and amplitudes. The results indicate that the x = 0.5 and x = 0.6 samples had the highest SLP values, approximately 57 W/g at 400 kHz, and the x = 0.6 sample had the highest SLP value, around 47 W/g at 300 kHz. By calculating the Néel and Brownian relaxation times for the various samples, the mechanisms of hyperthermia in the samples were studied. The results showed that the x = 0.5 and x = 0.6 samples had the shortest effective relaxation times. Therefore, the improved hyperthermia properties in these samples can be attributed to the anisotropy constant and the shorter effective relaxation time in these samples.

In this dissertation, the effect of length to diagonal ratio on the magnetic properties of a cobalt nanowire with a square cross section has been studied. Cobalt nanowires have attracted the attention of many researchers in recent years due to their favorable magnetic properties for various applications, especially in magnetic recording environments to high storage density. Since for magnetic recording, in addition to high storage density, permanence and the possibility of easy writing and reading of information are of great importance, as a result the magnetic static characteristics of the environment will be very important. In this thesis, the effect of length to diameter ratio on the magnetic properties of a cobalt nanowire in different diameters has been investigated by simulating the micromagnetic method. For this purpose, the magnetic hysteresis loop is simulated for a cobalt nanowire in different lengths and diameters. The results show that, in general, for different diameters, the coercive field as well as the residual magnetization of cobalt nanowire increases with the increase in the ratio of length to diameter. Also, the obtained results indicate that the coercive field and remnant magnetization changes increase with increasing diameter. Also, the investigation of the effect of increasing the diameter in fixed aspect ratios showed that the coercive field and remnant magnetization of the nanowire decreases with the increase in the diameter of the nanowire. The results show that the coercive field changes with increasing nanowire diameter in different aspect ratios are almost the same, while the remnant magnetization changes with increasing diameter are more in smaller aspect ratios.

این پایان نامه به ساخت و بررسی خواص مغناطیسی نانوسیم های آلیاژی آهن-کروم می پردازد. نانوسیم ها در قالب اکسید آندی آلومینیوم با روش الکتروانباشت تحت جریان متناوب ساخته شدند. با انجام مراحل چربی زدایی، تابکاری، الکتروپولیش و آندایز دو مرحله ای لایه ی اکسید آلومینیوم متخلخل با حفره های منظم ایجاد شد. در این حفره ها نانوسیم های آلیاژی با نسبت های مختلف آهن و کروم انباشت شدند. ساختار بلوری نمونه ها توسط دستگاه طیف سنج پراش اشعه X و خصوصیات مغناطیسی نانوسیم ها توسط دستگاه مغناطوسنج نیروی گرادیان اتمی (AGFM) تحلیل شدند. نتایج نشان می دهد که با افزایش غلظت کروم در محلول انباشت میدان وادرندگی از 1513Oeبه 1186Oe کاهش می یابد. برای بررسی اثر تابکاری بر روی خواص مغناطیسی نانوسیم ها، نمونه ها درمحدوده دمایی 300C تا ̊625C تابکاری شدند. با افزایش دمای تابکاری میدان وادرندگی برای تمام نمونه ها افزایش یافت. این افزایش را می توان به کاهش مکانیکی و افزایش نظم در شبکه بلوری نسبت داد. میدان وادرندگی نانوسیم Fe92.5 Cr7.5 در طی تابکاری از 1270Oe تا 1560Oeو نسبت مربعی آن از 0.84 تا افزایش یافت. برای بررسی اثر بسامد انباشت بر خواص مغناطیسی نانوسیم ها، نانوسیم آلیاژی Fe92.5 Cr7.5 در بازه بسامد 50Hz تا 600Hz ساخته شد. بیشترین مقدار میدان وادرندگی (1700Oe) برای نانوسیم انباشت شده با بسامد 600Hz بدست آمد.

بدون تردید فعالیت های انجام شده در زمینه نانوسیم های مغناطیسی و فعالیت های مشابه انجام شده در این زمینه، در راستای دست یابی به حافظه های مغناطیسی با چگالی ذخیره ی اطلاعات بالا می باشد. لذا تمامی ویژگی های مورد بحث، با توجه به این هدف مورد تحقیق و پژوهش قرار گرفت. آرایه ها ی نانوسیم های مغناطیسی الکتروانباشت شده در قالب های نانو حفره دار توجه و تلاش های تحقیقاتی بسیار زیادی را در سال های اخیر به خود جلب کرده اند. از آنجا کا نانوسیم های Co کاربرد مؤثری در دستگاه های ثبت مغناطیسی عمودی دارند. بنابراین محققان بدنبال این هستند تا وادارندگی مربوط به نانوسیم های Co را تغییر دهند، بطوریکه برای دستگاه های ثبت مغناطیسی قابل استفاده باشند. تحقیقات انجام شده در این زمینه نشان داده است که افزودن یک ماده فرومغناطیس دیگر مانند Fe همواره خواص مغناطیسی کبالت را افزایش می دهد ولی محققان در بسیاری از مواقع به دنبال یک ماده غیر مغناطیسی مانند مس، روی، کروم و... به آرایه های مغناطیسی کبالت می تواند، روش خوبی برای تنظیم خواص مغناطیسی باشد. ما در این پروژه بر آن بودیم تا با ساخت نانوسیم های کبالت- کروم و بررسی خواص مغناطیسی آن ها، سهم ناچیزی در راستای پیشبرد این هدف داشته باشیم. بنابراین اقدام به تولید آرایه ای از نانوسیم های کبالت- کروم درون قالب های اکسید آلومینیوم حفره دار با روش الکتروانباشت متناوب کردیم. در این کار ، اثر شرایط ساخت نظیر فرکانس، ولتاژ، نمک و... بر چگونگی انباشت نمونه کبالت- کروم و هم چنین اثر تابکاری و افزودن آلیاژ غیر مغناطیسی کروم بر میکروساختار و خواص مغناطیسی نانوسیم های الکتروانباشت شده را مطالعه کردیم. نمونه های ساخته شده با استفاده از مغناطوسنج نیروی گرادیان اتمی (AGFM) آنالیز شدند.