Ferrit tabanlı nanokompozit malzemelerde mikrodalga soğurma özelliklerinin araştırılması
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Mühendisliği A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2014
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: MEHMET BURAK KAYNAR
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): ŞADAN ÖZCAN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Günümüzde gelişen bilgi ve iletişim teknolojilerinin bir sonucu olarak insanların maruz kaldıkları elektromanyetik radyasyon giderek artmaktadır. Bunun yanı sıra askeri ve sivil erken haber alma ve radar sistemlerinde elektromanyetik dalgalardan yararlanır. Geçmiş on yıllarda bilgi iletiminde düşük frekanslı (RF) dalgalar tercih edilse de günümüzde yüksek hızlı veri aktarımına uygunluğu nedeniyle kablosuz veri iletiminde mikrodalgalar tercih edilmektedir. Benzer şekilde askeri yer belirleme sistemlerinde de daha yüksek çözünürlük ve kesinlik için mikrodalgalar kullanılmaktadır. Bu nedenle mikrodalga bölgesinde yüksek soğurma özelliği gösteren, geniş bant aralığına sahip, ucuz ve çevresel dayanımı yüksek soğurucu malzemelerin geliştirilmesi günümüz askeri ve sivil teknolojileri için oldukça önemlidir. Literatürde mikrodalga bölgesinde çalışacak çeşitli soğurucu malzemeler geliştirilmiş ve başarıyla uygulanmıştır. Bunların başında yüksek doyum manyetizasyonu ve koersiviteye sahip olan ferrit tabanlı kompozitler gelmektedir. Ferritler yüksek doyum manyetizasyonu ve koersiviteye sahip olmanın yanı sıra çevresel koşullara dayanıklı ve ucuz malzemelerdir. Bu nedenle Bu çalışma kapsamında geniş bant aralığında yüksek soğurma gösterebilen, çevresel dayanımı yüksek, ucuz ve yüksek miktarda üretime uygun bir mikrodalga soğurucu malzeme ve hazırlama yöntemi geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla literatürden farklı olarak metallerden başlanarak farklı f gurubu metaller (Gd, Sm, Nd) katkılanmış baryum ferrit nanokristalit yapılar mekanik öğütme yöntemi kullanılarak hazırlanmış ve x-ışını toz difraksiyonu, TGA gibi yöntemlerle yapısal özellikleri belirlenmiştir. Bu yapılardan Sm baryum ferrit yapısına katkılanması kararlı olmadığı belirlenirken, literatürde ilk defa Gd ve Nd'un demir iyonu yerine baryum-ferrit yapısına kararlı olarak bu çalışmada girdiği gözlenmiştir. Oluşan BaFe12O19, BaGd2Fe10O19 ve BaNd2Fe12O19 yapıları farklı tanecik büyüklüklerinde hazırlanarak yapısal ve fiziksel analizleri SEM, TEM ve VSM ölçümleriyle desteklenmiştir. Fırınlama sonrasında örneklerin kristalit büyüklüğünün 50 nm olduğu ve 4 saatlik kuru öğütmeyle birlikte 10 nm ye kadar düştüğü görülmüştür. Örneklerin temel manyetik özelliklerinin belirlenmesi amacıyla, değişen manyetik alana (M-H) ve sıcaklığa bağlı (M-T) manyetizasyon manyetizasyon ölçümleri VSM (Quantum Design PPMS) yardımıyla alınmıştır. Saf BaFe12O19 yapısında doyum manyetizasyonun literatürle uyumlu olarak 61 emu/g olduğu ancak Gd ve Nd katkısıyla 34 emu/g a düştüğü görülmüştür. Tüm yapılarda kristalit büyüklüğündeki azalmayla birlikte doyum manyetizasyonu ilk değerinin %20 sine kadar azalmıştır. Örneklerin mikrodalga soğurma özelliklerinin incelenebilmesi amacıyla mikrodalga ölçüm teknikleri arasından örneklere uygunluğu ve ölçüm kolaylığından dolayı "koaksiyel yansıma/geçirme iletim hattı" yöntemi seçilmiş ve 8-14 GHz aralığında frekansa bağlı yansıma kayıpları (S11) ve geçirme kayıpları (S21) "Vector Network Analyzer (VNA)" kullanılarak belirlenmiştir. Örneklerin bu ölçüme uygun olarak paketlenmesi sırasında ağaç tutkalı kullanılmıştır ve bu tutkalın ölçümlere etkisinin anlaşılması amacıyla örnekler tutkalla farklı oranlarda karıştırılarak ölçüm sonuçları kendi içerisinde karşılaştırılmıştır. Ağaç tutkalı karışımda %10 un altında kullanıldığında parçacıklar arası etkileşimi dolayısıyla da manyetik özellikleri ve mikrodalga soğurma özelliklerini etkilemediği görülmüştür. Kristalit büyüklüğündeki azalmayla birlikte mikrodalga soğurma rezonans frekansının 11 GHz den 12 GHz e kadar artmıştır. Yapıya giren Gd ve Nd iyonlarının ise arka fon soğurmasını radikal şekilde arttığı gözlenmiştir.