Neke električne osobine nanočestičnog nikl-ferita dopiranog itrijumom

Neke električne osobine nanočestičnog 

nikl-ferita dopiranog itrijumom  

- diplomski rad - 

 Mentor:  Dr Ţeljka Cvejić

Kandidat: Svetlana Šešum

Novi Sad, 2012 

UNIVERZITET U NOVOM SADU 

PRIRODNO-MATEMATIČKI  

FAKULTET 

DEPARTMAN ZA FIZIKU 

SADRŽAJ

1. UVOD ........................................................................................................................ 1 

1.1. Pojam nanomaterijala .......................................................................................... 1 

1.2. Primena nanomaterijala ....................................................................................... 2

1.3. Dobijanje materijala nanostrukturnog tipa  .......................................................... 3

2. STRUKTURNA ANALIZA ...................................................................................... 5 

2.1. Struktura spinela.................................................................................................. 5 

2.2. Rendgenostrukturna analiza ................................................................................ 7 

2.2.1 Analiza podataka dobijenih difrakcijom X- zraka .................................... 10 

3. ELEKTRIČNE OSOBINE....................................................................................... 13 

3.1. Električna provodljivost materijala ................................................................... 14 

3.2. Dielektrična propustljivost ................................................................................ 15 

3.3. Električne osobine NiFe

1.85

Y

0.15

O

4

.................................................................... 19 

3.3.1 Korekcija za realne uzorke ...................................................................... 21 

3.3.2 Analiza rezultata dielektričnih merenja ................................................... 24

4. ZAKLJUČAK .......................................................................................................... 32 

5. LITERATURA......................................................................................................... 33 

2 

Ričard Fejnman (Feynman) je 1959. godine odrţao govor, “

There is plenty of room at the 

bottom

”  u  Američkom Društvu Fizičara,  gde je predstavio  mogućnosti  i posledice  manipulacije 

na nano nivou i često se uzima kao izvor inspiracije za pojavu nanotehnologije, iako je u početku 

bio  shvaćen  kao  čista  naučna  fantastika.    Pojava  brzih  računara,  mikroskopa  visoke  rezolucije, 

kao  i  skenirajućeg  tuneling  mikroskopa  (STM)  omogućili  su  popularizaciju  nanotehnologije. 

Razlog ovome leţi u jeftinoj i lakoj izradi STM-a, čime je i nanotehnologija postala pristupačnija 

[2].   

Kada se jedna ili više dimenzija materijala pribliţi talasnoj duţini elektrona, tada kvantno 

mehaničke  osobine  koje  se  nisu  javljale  u  balk  materijalu  počinu  da  doprinose  ili  dominiraju 

fizičkim odlikama materijala. Ponašanje materijala je promenjeno i zbog površinskog efekta koji 

dominira kada se veličina nanokristala smanjuje tako da specifičnost nanomaterijala predstavlja i 

veliki odnos dodirne površine i zapremine. 

1.2.

Pime na nanomaterijala 

Nanotehnologija je prisutna  u prirodi  i korišćena  je kroz  istoriju. Karakteristične dlačice 

na stopalima gekona predstavljaju inspiraciju za dizajn adheziva. 

 Za  dalji napredak u nanotehnologiji potebni su veoma sofisticirani instrumetni kojima se 

moţe  manipulisati  česticama  u  nanodomenu.  Razvoj  ovih  instrumenata  doprinosi  globalnom 

tehnološkom razvoju. Nanotehnologija  je  interdisciplinarna  i  istraţivanja  imaju  uticaja  na razne 

grane  ne  samo  nauke,  nego  i  industrije.  Ta  interdisciplinarnost  zajedno  sa  mogućnošću 

proizvodnje materijala sa tačno definisanim osobinama daje veoma široku primenu. 

Napredak u nanotehnologiji ima najviše uticaja na elektronske, opto-elektronske i optičke 

ureĎaje. Prelaz sa poluprovodničke tehnologije na nanometarsku poboljšava svojstva i rezoluciju, 

npr  .  florescentno  označavanje,  skenirajući  mikroskop  i  konfokalna  mikroskopija.  UreĎaji  za 

skladištenje  podataka  zasnovani  na  nanostrukturama  su  manjih  dimenzija  i  brţi,  sa  manjom 

potrošnjom energije.  TakoĎe, postoji  i  veliki potencijal  za primenu  u energetici  gde se  razvijaju 

nove solarne ćelije  za efikasnije skladištenje  i konverziju energije.  U  medicini se  nanomaterijali 

već  dosta  koriste  pri  dijagnostici,  za  prenos  lekova  na  ţeljeno  mesto  u  organizmu,  kao  i  za 

protetiku. 

3 

1.3.

 Dobijanje materijala nanostrukturnog tipa  

Postoje  dva  smera  dobijanja  nanomaterijala:  “

top-down

”  kada  mehaničkom  obradom 

smanjujemo  dimenzije  čestice  i  “

bottom-up

”    u  kojem  se  hemijskim  procesima  koristi  osobina 

čestica da se samo-organizuju [3].  

U “top down” prilazu koriste se mehanohemijske

metode.  

U  ove  metode  spadaju  drobljenje,  mlevenje  i  mehaničko  legiranje.  Mlevenje  se 

primenjuje  u  proizvodnji  metalnih  i  keramičkih  nanomaterijala.  Za  smanjivanje  dimenzija  se 

koriste  različiti  tipovi  mlinova:  vibracioni,  atricioni,  planetarni  i  horizontalni  kuglični  mlinovi. 

Mehanohemijsko tretiranje prahova korišćenjem mlinova ima za posledicu da se dobijaju čestice 

različitih  veličina  i  primenom  ovog  metoda  se  ne  moţe  kontrolisati  oblik  čestica.  Tokom 

mlevenja  moţe  doći  do  hemijskih  reakcija  koje  utiču  na  promene  odlika  materijala,  stoga  se 

mlevenje moţe svrstati u mehanohemijske metode.  

U  “top  down”  tehnike  spada  i  štampanje  na  podlozi  (litografija)  što  se  često  koristi  u 

elektronici. 

“Bottom  up”  metode  se  zasnivaju  na  hemijsko  fizičkim  principima  samo-organizovanja 

molekula  i  atoma.  Ove  metode  proizvode  kompleksnije  strukture,  i  moguće  je  kontrolisati 

njihovu veličinu i oblik. Tu spadaju sinteza iz parne faze i tečne faze. 

Sinteza  iz  gasne  faze  se  najčešće  koristi  za  dobijanje  tankih  filmova  i  finih  prahova. 

Nanočestice  se  dobijaju  prevoĎenjem  polaznog  materijala  u  parnu  fazu  fizičkim  ili  hemijskim 

procesima (isparavanje,  u plazmi, pomoću  lasera,  hemijskih reakcija...). U  zavisnosti od procesa 

i proizvoda dalji rast  nanočestica  moţe biti  usled kondenzacije, koagulacije  i srastanja čestica  ili 

hemijskih reakcija na površini čestica. 

Sinteza  iz  tečne  faze  se  obično  dešava  na  niţim  temperatirama  nego  iz  gasne  faze. 

Najvaţniji  procesi  za  dobijanje  nanomaterijala  su  taloţenje,  sol-gel  metod  i  hidrotermalna 

sinteza.  

Taloţenje  je  jedan  od  procesa  koji  se  najčešće  koristi  za  dobijanje  nanomaterijala. 

Zasniva  se  na  reakcijama  soli  u  rastvorima,  odnosno  mešanju  rastvora  različitih  jona  u  tačno 

5 

2.

Strukturna analiza

2.1.

Struktura s pinela

Spinelima  se  naziva  klasa  izostrukturnih  jedinjenja  sa  karakterističnom,  spinelnom 

strukturom.  Tipični  predstavnici  ove  strukture  su:  spinel  (

2

4

MgAl O

),  po  kome  je  cela  klasa  i 

imenovana,  magnetit  (

3

4

Fe O

), jakobsit (

2

4

MnFe O

)  i  hromit (

2

4

(Fe Mg)Cr O

). Njihove karakte-

ristike su poznate od 1915. godine, kada su rešene strukture magnetita i spinela. 

Struktura spinela se u opštem slučaju moţe prikazati kao 

2

4

AB O

 gde:  

A

 – predstavlja dvovalentne katjone koji se nalaze u tetraedarskim poloţajima,   

B

 – predstavlja trovalentne katjone koji se nalaze u oktaedarskim poloţajima,   

O

 – predstavlja dvovalentne anjone kiseonika koji se nalaze u temenima tetraedara, tj. 

oktaedara.  

Slika 2.1.1. Struktura spinela