علی آفتابی هرسینی

گرمادرمانی (هایپرترمیا) مغناطیسی به عنوان یک روش امیدوارکننده برای درمان موضعی سرطان، بدون آسیب به بافت‌های سالم، امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است. بهینه‌سازی ویژگی‌های ذاتی نانوذرات مغناطیسی جهت به-کارگیری در گرمادرمانی و دست‌یابی به راندمان گرمایش بالا از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. در این پایانه‌نامه تاثیر جانشانی مقادیر گوناگون روی به جای کبالت بر ویژگی‌های ساختاری، مغناطیسی و گرمادرمانی نانوذرات فریت کبالت (CoFe2O4) مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور پنج نمونه ZnxCo1-xFe2O4 به ازای مقادیر x=0.0, 0.2, 0.5, 0.6, 0.7 به روش هیدروترمال تهیه شد. ویژگی‌های ساختاری و مورفولوژی نمونه‌ها با استفاده از پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت. الگوهای پراش نشان‌دهنده ساختارهای تک‌فاز و عدم وجود ناخالصی در تمام نمونه‌ها بود. تصاویر SEM نیز تشکیل نانوذرات کروی شکل یکنواخت را نشان می‌داد. در ادامه با استفاده از آنالیز ریتولد ساختار سلول واحد نمونه‌ها و توزیع کاتیونی آن‌ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش میزان آلایش روی، ثابت شبکه و درنتیجه حجم سلول واحد افزایش می‌یابد. همچنین مشاهده شد که با افزایش میزان آلایش روی، ضریب وارونی افزایش می‌یابد. این نشان می-دهد که با افزایش میزان روی یون‌های Fe3+ از زیرشبکه هشت‌وجهی به زیرشبکه چهاروجهی مهاجرت می‌کنند. در ادامه برای بررسی ویژگی‌های مغناطیسی، حلقه پسماند مغناطیسی استاتیک نمونه‌ها در دمای اتاق ثبت شد. شکل حلقه‌های پسماند بیانگر خاصیت فرومغناطیس سخت برای نمونه‌های 0/0 x= و 2/0 x=، خاصیت فرومغناطیس نرم برای نمونه‌های 5/0 x= و 6/0 x= و خاصیت سوپرپارامغناطیس برای نمونه 7/0 x= است. همچنین با استفاده از حلقه پسماند مغناطیسی، مقادیر ثابت ناهمسانگردی موثر و میدان ناهمسانگردی و مغناطش اشباع نمونه‌های گوناگون استخراج شد. نتایج نشان می‌دهد که مقدار میدان ناهمسانگردی در نمونه 6/0 x= نسبت به نمونه بدون آلایش کاهش می‌یابد و سپس با افزایش میزان آلایش افزایش می‌یابد در حالی که تغییرات مغناطش اشباع و ثابت ناهمسانگردی برعکس این رفتار است. در ادامه ویژگی‌های گرمادرمانی نانوذرات تهیه شده در میدان‌های مغناطیسی متناوب با فرکانس‌های ۳۰۰ و ۴۰۰ کیلوهرتز و دامنه‌های ۲۰۰، ۳۰۰ و ۴۰۰ ارستد مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که بیشترین افزایش دما در نمونه 6/0 x= مشاهده می‌شود. دمای محلول شامل این نمونه در مدت ۲۵۰ ثانیه در فرکانس ۴۰۰ کیلوهرتز و دامنه ۴۰۰ ارستد حدود ۲۲ درجه افزایش می‌یابد. جهت بررسی کمی ویژگی‌های گرمادرمانی توان اتلاف ویژه (SLP) برای نمونه‌های گوناگون در فرکانس‌ها و دامنه‌های مختلف محاسبه شد. نتایج بیانگر آن است که نمونه‌های 5/0 x= و 6/0x= در فرکانس ۴۰۰ کیلوهرتز دارای بیشترین مقدار SLP، حدود W/g57، و در فرکانس ۳۰۰ کیلوهرتز نمونه 6/0 x=دارای بیشترین مقدار SLP، حدود 47 W/g هستند. با محاسبه زمان‌های واهلش نیل و براونی برای نمونه‌های گوناگون مکانیزم‌های گرمادرمانی در نمونه‌ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که نمونه‌های 5/0 x=و 6/0 x=دارای کمترین زمان واهلش موثر هستند. بنابراین بهبود ویژگی گرمادرمانی در این نمونه‌ها را می‌توان به ثابت ناهمسانگردی و زمان واهش موثر کوتاه‌تر در این نمونه‌ها نسبت داد.

در این پایان نامه، تاثیر نسبت طول به قطر بر ویژگی‌های مغناطیسی یک نانوسیم‌کبالت با سطح مقطع مربعی مورد بررسی قرار گرفته است. نانوسیم‌های کبالت با به دلیل ویژگی‌های مغناطیسی مطلوب جهت کاربرد‌های گوناگون به ویژه کاربرد در محیط‌های ضبط مغناطیسی به چگالی ذخیره‌سازی بالا، در سال‌های اخیر توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده‌اند. از آنجا که برای ضبط مغناطیسی علاوه بر چگالی ذخیره‌سازی بالا، ماندگاری و امکان نوشتن و خواندن راحت اطلاعات از اهمیت بالایی برخوردار است در نتیجه ویژگی‌های استاتیک مغناطیسی محیط بسیار مهم خواهد بود. در این پایان نامه تاثیر نسبت طول به قطر بر ویژگی‌های مغناطیسی یک نانوسیم کبالت در قطرهای گوناگون با شبیه‌سازی به روش میکرومغناطش مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور حقله پسماند مغناطیسی برای یک نانوسیم کبالت در طول‌ها و قطرهای گوناگون شبیه‌سازی شده. نتایج نشان می‌دهد که در حالت کلی برای قطرهای مختلف با افزایش نسبت طول به قطر میدان وادارندگی و همچنین مغناطش پسماند نانوسیم کبالت افزایش می‌یابد. همچنین نتایج به دست آمده بیانگر آن است که تغییرات میدان وادارندگی و مغناطش پسماند با افرایش قطر افزایش می‌یابد. همچنین بررسی تاثیر افزایش قطر در نسبت‌های ابعادی ثابت نشان داد که با افزایش قطر نانوسیم میدان وادارندگی و مغناطش پسماند نانوسیم کاهش می‌یابد. نتایج بیانگر آن است که تغییرات میدان وادارندگی با افزایش قطر نانوسیم در نسبت‌های ابعادی مختلف تقریباً یکسان است در حالی که تغییرات مغناطش پسماند با افزایش قطر در نسبت‌های ابعادی کوچک‌تر بیشتر است.

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 موثری 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.