نانوذرات آلیاژی

عنوان انگلیسی: Alloy nano-particles
شماره پتنت: ۷۳۸۱۲۳۹
نام پدیدآورندگان: Furusawa, Yasushi Hattori Waki, Genichi Koukichi
تاریخ ثبت: June. 25, 2004
 

مقدمه
کاهش اندازه ذرات ماده مغناطیسی در یک لایه مغناطیسی، برای افزایش چگالی ضبط
مغناطیس لایه، بسیار مهم است؛ مثلاً در وسیله‌های ضبط مغناطیسی ـ که کاربرد بسیاری
در نوارهای مغناطیسی، دیسک‌های رایانه‌ای و… دارند ـ ذرات فرومغناطیسی که اندازه
کوچک‌تری دارند، نسبت به ذرات بزرگ‌تر و با همان جرم، کاهش نویز بهتری را از خود
نشان می‌دهند.
اخیراً آلیاژهای منظم مغناطیسی سخت از نوع AuCu یا Cu3Au، به‌عنوان موادی توسعه
پیدا کرده‌اند که باعث ایجاد امیدواری در افزایش چگالی ضبط مغناطیسی در وسایل ضبط
شده‌اند. آلیاژهای از نوع CuAu یا Cu3Au، به‌علت کرنشی که در آنها هنگام منظم شدن
رخ می‌دهد، دارای ناهمسانگردی(anisotropy) مگنتوکریستالین بالایی هستند و هنگامی که‌
اندازه ذرات آنها تا اندازه نانو کاهش می‌یابد، حالت مغناطیسی سخت خوبی از خود نشان
می‌دهند.
روش‌هایی که توانایی تولید هر دو ذره آلیاژی CuAu و Cu3Au را داشته باشند، شناخته
شده‌اند که عبارتند از: روش رسوب‌گذاری، روش تجزیه گرمایی، روش تجزیه التراسونیک و
روش فوق احیا با استفاده از یک عامل احیا‌کننده قوی، همچنین برحسب نوع واکنش‌های
سیستم، روش‌های اشاره‌شده به گروه‌های زیر تقسیم‌بندی می‌شوند: روش پلیمر در جا،
روش حلال با نقطه جوش بالا، روش مایسل نرمال و روش مایسل معکوس.
خلاصه‌ای از اختراع
هر کدام از روش‌های مذکور مشکلاتی دارند؛ مثلاً وقتی در روش رسوب‌گذاری از الکل
استفاده می‌کنند، به‌دلیل قدرت کاهندگی پایین الکل، غالباً ذرات با ساختار هسته/
پوسته تشکیل شده و تولید آلیاژهای یکنواخت مشکل است. در روش تجزیه گرمایی به واکنش
دمای بالا نیاز است؛ لذا از نظر هزینه‌های تولید با مشکلاتی همراه ‌است. در روش
تجزیه التراسونیک و روش فوق احیا ـ که روش‌های نسبتاً شبیه به هم هستند ـ رسوب‌گذاری
و به هم پیوستن ذرات سریع رخ می‌دهد و در نتیجه تولید نانوذرات ریز و با توزیع
یکنواخت مشکل است.
نانوذرات تولیدشده بر طبق روش‌های مذکور، دارای ساختار بلوری مکعبی مرکزدار(fcc)
هستند. بلورهای مکعبی مرکزدار معمولاً پارامغناطیس یا مغناطیس نرم بوده و برای
دستگاه‌های ضبط مغناطیسی مناسب نیستند، به همین دلیل برای به دست آوردن آلیاژ منظم
مغناطیس سخت، نانوذرات باید در دمایی که پایین‌تر از دمای استحاله نباشد، آنیل شوند
تا فاز غیر منظم تبدیل به فاز منظم شود.
این اختراع برای حل مشکلات فوق انجام شده‌است و هدف آن، تولید نانوذراتی است که
دارای نیروی مغناطیس‌زدایی بالایی هستند؛ مخصوصاً آن دسته از موادی که دمای استحاله
پایینی دارند و به‌سختی به هم وصل می‌شوند، می‌توانند تشکیل یک فیلم مغناطیسی سخت و
مسطح دهند.
مخترعان این اختراع برای حل مشکلات فوق، ضریب نوسان(تغییر) ترکیب شیمیایی ذرات فلزی
و ضریب نوسان اندازه ذرات، ذرات فلزی را مورد توجه قرار داده و بررسی کرده‌اند.
نانوذرات آلیاژی در این اختراع، حداقل حاوی دو فلز از گروه VIII جدول تناوبی، و
حداقل یک فلز از گروه I، III، IV و V جدول تناوبی هستند که مقدار این فلزها از گروه‌های
I، III، IV و V حداقل ۰ تا ۳۵ درصد اتمی کل نانوذرات آلیاژی است. وقتی که حداقل دو
فلز تشکیل‌دهنده آلیاژ از گروه‌های VIII، I، III، IV و V جدول تناوبی انتخاب می‌شوند،
حالت مطلوب و مورد نظر آن است که این فلزات تشکیل یک آلیاژ از نوع CuAu یا Cu3Au
دهند تا آلیاژ خاصیت مغناطیسی سختی از خود نشان دهد. سطح نانوذرات آلیاژی در این
اختراع، به‌طور جزئی یا کامل به‌صورت اکسیده شده‌است.
به‌طور خلاصه، مراحل تولید نانوذرات آلیاژی در این اختراع شامل موارد زیر است:
مخلوط کردن یک محلول مایسل معکوس ـ که حاوی حداقل یک ترکیب فلزی است ـ و یک محلول
مایسل معکوس ـ که حاوی یک عامل احیا‌کننده برای احیای ترکیب فلزی(مرحله احیا) باشد
ـ و کامل کردن و توسعه دادن مخلوط به دست‌آمده(مرحله تکامل).
ترکیب فلزی مورد نظر در اینجا از گروه‌های جدول تناوبی که شامل گروه‌های VIII، I،
III، IV و V هستند، انتخاب می‌شود. دمای مرحله احیا، بین ۵- تا۳۰ ˚C و دمای مرحله
تکامل بالاتر از دمای مرحله احیا و بین ۳۰ تا ۹۰˚C است.
روش مورد استفاده در این اختراع، شامل یک مرحله بازپخت نیز است که برای تشکیل
نانوذرات آلیاژی باید دمای آن بالاتر از دمای استحاله آلیاژ باشد.

بررسی جنبه‌های ابتکاری و مزایای اختراع
نانوذرات آلیاژی به دست‌آمده در این اختراع، برای استفاده در دستگاه‌های ضبط
مغناطیسی و یا حداقل لایه‌های مغناطیسی این دستگاه‌ها، مناسب و مطلوب هستند.
ضریب نوسان اندازه ذرات، نانوذرات آلیاژی و ضریب نوسان ترکیب شیمیایی آنها، حداکثر
۲۰ درصد است. نانوذرات آلیاژی ساخته‌شده در این اختراع، دارای دمای استحاله کمتر
از۵۵۰˚C است و دستگاه‌های ضبط مغناطیسی ساخته‌شده از آنها نیز دارای همواری و صافی
خوبی هستند؛ لذا می‌توان از پایه‌های پلیمری در این دستگاه‌ها استفاده کرد.