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研究生:鄒惟丞
研究生(外文):Zou, Wei-Cheng
論文名稱:鐵錳鈷氧體奈米粒子之尺寸效應的探討
論文名稱(外文):Exploring the Size Effect of Iron-manganese Cobaltite Nanoparticles
指導教授:林春榮林春榮引用關係
指導教授(外文):LIN, CHUN-RONG
口試委員:宋皇輝施焜耀
口試委員(外文):SONG, HUANG-HNISHI, KUN-YAO
口試日期:2020-07-16
學位類別:碩士
校院名稱:國立屏東大學
系所名稱:應用物理系光電暨材料碩士班
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:43
中文關鍵詞:奈米磁性材料鈷氧體燃燒法尖晶石
外文關鍵詞:Magnetic nanomaterialsCobaltiteSpinelCombustion
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不同尖晶石氧化物中,錳鈷氧因其在不同方面的潛在應用而具有獨特的地位。材料科學,鋰離子電池等領域,磁記錄,微波爐和高頻電子電路元件。按照應用需要,磁性和電氣的額外變化尖晶石的性質可以通過摻雜磁性和非磁性離子。
通過燃燒法製成前驅物然後煅燒處理證明錳鈷氧奈米粒子的設計與合成,並使用 XRD、TEM、VSM 及XPS 來分析其性質。
在鈷氧體中,錳鈷氧和鐵鈷氧不同擁有較低的居禮溫度,必須要在低溫的環境中才能明顯的測量出磁性的變化,當在低溫環境中時,不同的粒徑所測量出的磁性變化也有所不同。
本文分析了不同粒徑的錳鈷氧的磁化衰退溫度和交磁化率,當奈米晶體的粒徑不同時,所測量出來的磁場也會有所變化,可以看出粒徑的不同對磁性的變化有明顯的影響。

Among different spinel oxides, manganese cobaltite has a unique position due to its potential application in different fields, such as materials science, lithium-ion batteries, magnetic recording, microwave ovens, high-frequency electronic circuit components and so on. Depending on the needs of the application, the magnetic and electrical properties can be changed by doping magnetic and non-magnetic ions.
In this study, the precursors were prepared by the combustion method and then calcined to prove the design and synthesis of manganese cobaltite nanoparticles, and properties of the synthesized samples were analyzed using XRD, TEM, VSM and XPS.
Cobaltite, manganese cobaltite, and iron cobaltite have different Curie temperatures. It is necessary to measure the change of magnetism at low temperature environment. The measured magnetic properties are different for nanoparticles with different sizes.
In the present study, analyzes the magnetization decay temperature and cross-susceptibility of MnCo2O4 nanoparticles with different particle sizes. It was found that change in the particle size leads to a change in the measured magnetic field of the samples. It was shown that the difference in particle size has a significant effect.

目錄


摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 iv
表目錄 vi
第一章 緒論 1
1.1 尖晶石氧化物 1
1.2 研究動機 3
第二章 理論基礎 4
2.1 磁性來源 4
2.2 磁性分類 5
第三章 實驗方法與儀器原理 9
3.1實驗藥品與器材 9
3.2 實驗方法 10
3.3 燃燒法製備錳鐵鈷氧奈米粉末之實驗步驟與流程圖 10
3.4 實驗分析特性及實驗設備 12
3.4.1 X射線粉末繞射儀(XRD) 13
3.4.2穿透式電子顯微鏡(TEM) 15
3.4.3振盪樣品磁化儀(VSM) 16
3.4.4傅里葉轉換紅外光譜 (FTIR) 18
第四章 結果與討論 19
4.1 XRD 晶體結構分析 19
4.2 穿透式電子顯微鏡(TEM)量測分析 22
4.3傅里葉轉換紅外光譜 (FTIR)量測 23
4.4振盪樣品分析儀(VSM) 26
4.5 X光光電子能譜儀(XPS) 33
4.5.2 錳離子峰值分析 37
4.5.3鐵離子峰值分析 39
第五章 結論 40
參考文獻 42


圖目錄
圖1- 1尖晶石結構之單位晶胞示意圖 1
圖1- 2 四面體位置(左)與八面體位置(右)結構圖 2

圖2- 1 磁滯曲線示意圖 7

圖3- 1 實驗樣品錳鐵鈷氧奈米粒子前驅物的外貌 10
圖3- 2 錳鐵鈷氧奈米粒子製備之實驗流程圖 11
圖3- 3 X光繞射原理 14
圖3- 4 穿透式電子顯微鏡結構圖 15
圖3- 5震盪樣品分析儀示意圖 17
圖3- 6 FTIR簡易裝置圖 18

圖4- 1 不同溫度 MnCo2O4 之 XRD 圖譜 19
圖4- 2 不同溫度 Mn0.9Fe0.1Co2O4 之 XRD 圖譜 20
圖4- 3 不同溫度 Mn0.8Fe0.2Co2O4 之 XRD 圖譜 20
圖4- 4 不同溫度 Mn0.7Fe0.3Co2O4 之 XRD 圖譜 20
圖4- 5不同溫度 Mn0.6Fe0.4Co2O4 之 XRD 圖譜 21
圖4- 6 不同溫度 Mn0.5Fe0.5Co2O4 之 XRD 圖譜 21
圖4- 7 (a)MnCo2O4以400 ˚C熱處理(b)MnCo2O4以1000 ˚C熱處理 22
圖4- 8樣品Mn0.9Fe0.1Co2O4之不同熱處理溫度 FTIR圖 23
圖4- 9 樣品Mn0.8Fe0.2Co2O4之不同熱處理溫度 FTIR圖 24
圖4- 10樣品Mn0.7Fe0.3Co2O4之不同熱處理溫度 FTIR圖 24
圖4- 11樣品Mn0.6Fe0.4Co2O4之不同熱處理溫度 FTIR圖 25
圖4- 12樣品Mn0.5Fe0.5Co2O4之不同熱處理溫度 FTIR圖 25
圖4- 13不同比例在700 ˚C熱處理的常溫(300 K)磁滯曲線 26
圖4- 14不同比例在800 ˚C熱處理的常溫(300 K)磁滯曲線 27
圖4- 15不同比例在900 ˚C熱處理的常溫(300 K)磁滯曲線 27
圖4- 16不同比例在1000 ˚C熱處理的常溫(300 K)磁滯曲線 28
圖4- 17不同比例在700 ˚C熱處理的低溫(100 K)磁滯曲線 28
圖4- 18 不同比例在800 ˚C熱處理的低溫(100 K)磁滯曲線 28
圖4- 19不同比例在900 ˚C熱處理的低溫(100 K)磁滯曲線 29
圖4- 20不同比例在1000 ˚C熱處理的低溫(100 K)磁滯曲線 29
圖4- 21 MnCo2O4在不同熱處理溫度的ZFC,外加磁場2 T 30
圖4- 22 MnCo2O4在1000 ˚C熱處理的變溫磁滯曲線 32
圖4- 23 MnCo2O4在不同熱處理溫度的低溫(80K)磁滯曲線 32
圖4- 24 MnCo2O4 的 XPS 光譜 33
圖4- 25 Mn0.9Fe0.1Co2O4 的 XPS 光譜 34
圖4- 26 Mn0.8Fe0.2Co2O4 的 XPS 光譜 34
圖4- 27 MnCo2O4 不同溫度的鈷離子的XPS 光譜 35
圖4- 28 Mn0.9Fe0.1Co2O4 不同溫度的鈷離子的XPS 光譜 35
圖4- 29 Mn0.8Fe0.2Co2O4 不同溫度的鈷離子的XPS 光譜 36
圖4- 30 MnCo2O4 不同溫度的錳離子的XPS 光譜 37
圖4- 31 Mn0.9Fe0.1Co2O4 不同溫度的錳離子的XPS 光譜 37
圖4- 32 Mn0.8Fe0.2Co2O4 不同溫度的錳離子的XPS 光譜 38
圖4- 33 Mn0.9Fe0.1Co2O4 不同溫度的鐵離子的XPS 光譜 39
圖4- 34 Mn0.8Fe0.2Co2O4 不同溫度的鐵離子的XPS 光譜 39

表目錄
表2- 1 磁性材料分類表 8

表3- 1 實驗藥品資料 9
表3- 2 實驗器材 9


[1] Magnetic behavior of nanocrystalline MnCo2O4 spinels F.M.M. Borgesa, D.M.A. Meloa, M.S.A. Caˆmaraa, A.E. Martinellib, J.M. Soaresc,J.H. de Arau’ jod,_, F.A.O. Cabrald
[2] Structural and Magnetic Properties of MnCo2O4 Spinel Multiferroic
P. L. Meena1,* Sunita Pal2, K. Sreenivas3 and Ravi Kumar4
[3] Control of Oxygen Nonstoichiometry and Magnetic Property of
MnCo2O4 Thin Films Grown by Atomic Layer Deposition
K. Uusi-Esko,† E.-L. Rautama,† M. Laitinen,‡ T. Sajavaara,‡ and M. Karppinen*
[4] Size-dependent structural, magnetic, and optical properties of MnCo2O4
nanocrystallites
S. Singh, P. Pramanik, S. Sangaraju, A. Mallick, L. Giebeler, and S. Thota
[5] The effect of bismuth on the structure, magnetic and electric properties of Co2MnO4 spinel multiferroic
H. Chouaya a, M. Smari a,b, I. Walha a, E. Dhahri a, M.P.F. Graça c, M.A. Valente c
[6] Unusual magnetic hysteresis behavior of oxide spinel MnCo2O4
P.A. Joy*, S.K. Date
[7] E_ects of Cu doping on the electronic structure and magnetic properties of MnCo2O4 nanostructures
Prativa Pramanik1, Subhash Thota1_, Sobhit Singh2, Deep Chandra Joshi1, Bruno Weise3, Anja Waske3 and M. S.Seehra2_
[8] Ferri-magnetic order in Mn induced spinel Co3_xMnxO4 (0.1rxr1.0) ceramic compositions P.L. Meena a,n, K. Sreenivas b, M.R. Singh c, Ashok Kumar d, S.P. Singh d, Ravi Kumar e

[9] Memory Effects and Relaxation Dynamics of Nanocrystallites
Subhash Thota , Subrat Kumar Das , Ashok Kumar , Sambasivam Sangaraju , and Byung Chun Choi

電子全文 電子全文(網際網路公開日期:20250814)
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